Tipos de biocombustibles: una comparación de las características de los combustibles sólidos, líquidos y gaseosos.

Una alternativa a los recursos energéticos tradicionales son los diversos tipos de biocombustibles, para la fabricación de los cuales se utilizan materias primas vegetales o animales, desechos industriales y los resultados de la actividad vital de los organismos.

Le ofrecemos comprender las ventajas y desventajas del uso de dicho combustible, conocer las características de producción, características funcionales y evaluar la efectividad del uso de diferentes tipos de biocombustibles. La información provista lo ayudará a navegar por la selección de fuentes alternativas de energía.

¿Qué es el biocombustible?

El área más prometedora en el sector energético es la tecnología que implica el uso de recursos renovables, que incluyen los biocombustibles.

El tipo más común de biocombustible es la leña convencional. El 38% de la población mundial los usa para calentar y cocinar

Como materia prima para su producción, se puede tomar biomasa de origen vegetal / animal, incluidos los desechos industriales o animales.

El procesamiento de tales sustancias se lleva a cabo mediante un método termoquímico o biológico, en este último caso, el combustible se obtiene utilizando diversos tipos de microorganismos.

La proporción del uso de combustibles biológicos está en constante crecimiento, lo que contribuye a la conservación de los recursos de hidrocarburos fósiles (+)

Muchos países tienen programas especiales para ampliar la participación de los biocombustibles en el consumo de energía nacional y regional. Varios estados también tienen estándares obligatorios para el uso de esta fuente de energía.

Ventajas y desventajas de los biocombustibles.

Los tipos biológicos de combustible tienen sus lados positivo y negativo. El interés en el uso de este tipo de materia prima se debe a sus indudables ventajas.

Estos incluyen:

• Costo del presupuesto. Aunque en este momento los precios de los biocombustibles prácticamente coinciden con el costo de la gasolina, las sustancias biológicas se consideran un tipo de combustible más rentable, ya que producen menos emisiones durante la combustión. El biocombustible es adecuado para su uso en diversas condiciones, mientras que se puede adaptar a motores de diferentes diseños. Otra ventaja es la optimización del motor, que permanece limpio por más tiempo debido a la pequeña cantidad de hollín y gases de escape.
• Movilidad. El biocombustible difiere de otras opciones para fuentes de energía alternativas en su movilidad. Las turbinas solares y eólicas usualmente incluyen baterías pesadas, por lo que con mayor frecuencia se usan estacionarias, mientras que el biocombustible se puede transportar de una región a otra sin mucha molestia.
• Fuente de energía renovable. Aunque, según los investigadores, los depósitos existentes de petróleo crudo durarán al menos varios cientos de años, las reservas fósiles aún son finitas. Los biocombustibles hechos de plantas y desechos animales se encuentran entre los recursos renovables que no están en peligro de extinción en el futuro previsible.
• Protección de la atmósfera terrestre. Una desventaja importante de los hidrocarburos tradicionales es el gran porcentaje de CO₂que se libera al quemar Este gas crea un efecto invernadero en la atmósfera de nuestro planeta, creando condiciones para el calentamiento global. Al quemar sustancias biológicas, la cantidad de dióxido de carbono disminuye al 65%. Además de esto, los cultivos utilizados en la producción de biocombustibles consumen monóxido de carbono, lo que reduce su participación en el aire.
• Seguridad economica. Las reservas de hidrocarburos se distribuyen de manera desigual, por lo que algunos estados se ven obligados a comprar petróleo o gas natural, gastando grandes sumas en la adquisición, el transporte y el almacenamiento. Se pueden obtener varios tipos de combustible biológico en casi cualquier país. Dado que para su producción y procesamiento será necesario crear nuevas empresas y, en consecuencia, empleos, esto beneficiará a la economía nacional y afectará positivamente el bienestar de las personas.

Mejorar la tecnología y desarrollar nuevos métodos puede mejorar el efecto positivo de los biocombustibles. Por lo tanto, el desarrollo de tecnologías que utilizan plancton y algas reducirá significativamente su precio.

Al mismo tiempo, en la etapa actual del desarrollo de la ciencia y la tecnología, la producción de biocombustibles está asociada con una serie de dificultades e inconvenientes. En primer lugar, estas son restricciones naturales en las plantas en crecimiento.

Para el crecimiento de los cultivos utilizados para producir biomasa, se deben tener en cuenta varios factores, a saber:

• Uso del agua. Las plantas agrícolas consumen mucha agua, que es un recurso limitado, especialmente en lugares áridos.
• Invasividad. Los cultivos de combustible son a menudo agresivos. Ahogan la flora auténtica, lo que podría dañar la biodiversidad y el ecosistema de la región.
• Fertilizantes. Muchas plantas requieren la adición de nutrientes que pueden dañar otros cultivos o el ecosistema general.
• Clima Ciertas zonas climáticas (por ejemplo, desierto o tundra) no son adecuadas para el cultivo de biocombustibles.

El cultivo activo de plantas agrícolas también se asocia con el agotamiento de los recursos agrícolas.

Se produce alteración del ecosistema. Para la producción de biomasa generalmente se requiere la expansión de áreas involucradas en la agricultura.

A menudo, para este propósito, se lleva a cabo una limpieza del territorio, lo que conduce a la destrucción del microecosistema (por ejemplo, bosques), la muerte de plantas y animales.

Para producir biocombustibles, ya se está cultivando un gran volumen de cultivos. Más del 50% de la colza producida en Europa, más de un tercio del grano estadounidense y casi la mitad de la caña de azúcar cultivada en Brasil se utilizan para la producción de biomasa.

Hay problemas con los monocultivos en crecimiento. Para producir un cultivo de biomasa más grande, los productores a menudo siembran la tierra con una planta en particular. Esta práctica no refleja bien la condición de las tierras agrícolas, ya que el monocultivo conduce a un cambio en el medio ambiente.

En los campos ocupados por una especie de plantas, las variedades especiales de plagas suelen ser parásitas. Un intento de combatirlos con insecticidas y pesticidas solo conduce al desarrollo de resistencia a estos medicamentos.

Para evitar los problemas descritos anteriormente, los científicos aconsejan no descuidar la biodiversidad de los cultivos, combinar varias plantas en los campos y también utilizar variedades locales de flora.

Generaciones de combustibles alternativos.

Una amplia gama de materiales vegetales utilizados para la biomasa generalmente se divide en varias generaciones.

Primera generación. Esta categoría incluye cultivos que contienen un alto porcentaje de almidón, azúcares, grasas. Estas son plantas tan populares como el maíz, la remolacha azucarera, la canola y la soja.

Dado que el cultivo de estos cultivos perjudica el clima y su eliminación del mercado afecta el precio de los productos, los científicos están tratando de reemplazarlos con otros tipos de biomasa.

Casi todos los tipos de combustibles líquidos modernos (biodiesel, etanol) se producen actualmente a partir de plantas agrícolas que pertenecen a la primera generación de materias primas.

Segunda generación. El grupo de biomasa incluye madera, hierba, residuos agrícolas (concha, cáscara). Obtener biocombustibles a partir de tales materias primas es costoso, sin embargo, permite resolver el problema del reciclaje de residuos no alimentarios con la producción simultánea de materiales combustibles.

Una característica de los cultivos incluidos en esta variedad es la presencia de lignina y celulosa en ellos. Gracias a ellos, la biomasa puede quemarse y gasificarse, así como someterse a pirólisis, recibiendo combustible líquido.

Se considera que la principal desventaja de la biomasa de segunda generación son los rendimientos insuficientes por unidad de área, razón por la cual se deben asignar importantes recursos de tierra para tales cultivos.

Tercera generación. Las materias primas para la producción de biocombustibles son las algas, que se cultivan a escala industrial, por ejemplo, en aguas abiertas.

La opción más prometedora son los biocombustibles obtenidos de algas unicelulares. Dichas plantas ganan masa rápidamente, mientras que no se requiere tierra fértil para cultivarlas.

Esta práctica tiene grandes perspectivas, sin embargo, en la actualidad, estas tecnologías solo se están desarrollando. Los científicos también están realizando investigaciones para crear técnicas para producir biocombustibles de cuarta y quinta generación.

Tres variedades de biocombustibles.

Dependiendo del estado de agregación de la sustancia, existen tres tipos principales de biocombustible:

1. Sólido: leña, turba, desechos animales y producción agrícola.
2. Liquido: biodiesel, dimetiléter, bioetanol, biobutanol.
3. Gaseoso: biogás, metano, biohidrógeno.

Cada tipo de sustancia tiene sus propios detalles, que se discutirán a continuación.

Tipo # 1: Sólido

Entre las variedades sólidas más populares de biocombustibles se encuentran la madera, la turba y los desechos animales.

Madera (leña, astillas de madera, aserrín)

El antiguo tipo de biocombustible es la leña que es bien conocida por todos y que se ha utilizado durante mucho tiempo para calentar hogares y cocinar. Hasta ahora, se utilizan activamente en diferentes países para producir calor / electricidad, en particular, una gran central térmica austriaca, con una capacidad de 66 megavatios, funciona con madera.

Al mismo tiempo, tales materias primas tienen desventajas. El valor energético de la leña es relativamente pequeño: cuando se quema, parte de la sustancia se deposita en forma de hollín, razón por la cual las chimeneas y estufas deben limpiarse regularmente. Además, se requiere una cierta cantidad de tiempo para reponer las existencias de madera: los árboles nuevos crecerán solo después de 15-20 años.

Una excelente alternativa a la madera ordinaria son los pellets (pellets), para cuya producción se utiliza madera de baja calidad: corteza, astillas de madera, aserrín prensado, ramas.

Los pellets obtenidos de madera, turba y diversos productos de desecho tienen un color diferente. Las ligeras se usan para quemar chimeneas y estufas, mientras que las oscuras, con un alto contenido de corteza, están diseñadas para calderas de combustible sólido.

Para la producción de pellets de combustible, las materias primas se convierten en polvo, que luego se seca y se prensa a alta temperatura. Debido a la lignina contenida en la madera, se forma una masa adhesiva, a partir de la cual se forman pequeños cilindros de 5-70 mm de largo y 6-10 mm de diámetro.

Una alternativa moderna a la madera tradicional son las briquetas de combustible de formas cuatro, seis u octagonales. Este material ecológico tiene una alta disipación de calor.

Puede configurar la producción de pellets usted mismo haciendo prensa de briquetas.

Entre los tipos populares de biocombustibles están las astillas de madera, que a menudo sirven como fuente de energía en las centrales térmicas europeas. La producción de esta materia prima se lleva a cabo en la tala o en líneas especiales de producción equipadas con máquinas trituradoras.

Turba de pantano y combustible forestal

Este es un tipo común de biocombustible que se ha utilizado con fines domésticos e industriales durante siglos. La turba es una capa de musgo que no se descompone completamente en un pantano, que se extrae en muchos países del mundo: Rusia, Bielorrusia, Canadá, Suecia, Indonesia y otros.

La turba que contiene 50-60% de carbono se considera un material popular que contiene gas. Esta valiosa materia prima puede usarse no solo como combustible, sino también como fertilizante o aislante térmico.

Para la conveniencia del proceso de producción, la biomasa generalmente se procesa en el lugar de producción. El proceso consiste en limpiar (tamizar) las materias primas de paradas externas, seguido de secado y moldeo en forma de briquetas o gránulos.

Combustible de residuos agrícolas

En la producción agrícola, por regla general, se acumula una gran cantidad de diversos desechos vegetales: las cáscaras externas de las plantas, las cáscaras de nuez, la paja.

Dichas materias primas también se pueden prensar y granular para obtener pastillas de combustible, cuyas características son prácticamente las mismas que las pastillas hechas de biomasa de madera.

Biocombustible animal

Junto con la leña en la antigüedad, la gente comenzó a usar combustible de origen animal, a saber, estiércol seco de estiércol de animales domésticos. Las tecnologías modernas para secar y procesar tales materias primas hacen posible obtener variedades sólidas de biocombustibles completamente desprovistas de olores desagradables.

Durante mucho tiempo, los pueblos nómadas utilizaron estiércol seco de caballos, camellos y ganado como combustible. Actualmente, el biocombustible en forma de briquetas o gránulos se produce a partir de los productos de desecho de animales domésticos.

Dado que los desechos de ganado se acumulan actualmente a escala industrial, la fabricación de combustible a partir de ellos resuelve simultáneamente el problema de su eliminación.

Tipo # 2: líquido

Los biocombustibles líquidos, que son seguros y ecológicos, se utilizan principalmente como sustitutos de la gasolina y otros productos similares. Entre las opciones más comunes están el bioetanol, el biometanol, el biobutanol, el biodiésel y el dimetiléter.

Cultivo de bioetanol

Este es un biocombustible líquido común que se utiliza para alimentar automóviles.Aunque una sustancia pura no se usa como combustible, su adición a la gasolina mejora el funcionamiento del motor, aumenta su potencia, controla el calentamiento del motor y reduce las emisiones de escape.

Muchas estaciones de servicio en Europa, Asia, América del Norte y del Sur ofrecen no solo combustible tradicional, sino también varios tipos de biocombustibles, especialmente mezclas que contienen bioetanol

El bioetanol también fue apreciado por los fanáticos de las chimeneas. Esta sustancia tiene buena disipación de calor; además, no produce hollín ni humo cuando se quema, y ​​se minimiza la cantidad de dióxido de carbono emitido.

Gracias a estas características, el combustible puede incluso usarse para quemar un hogar en edificios de apartamentos. Lea más sobre biocombustibles para chimeneas en este articulo.

El bioetanol se produce a partir de materias primas de primera generación que contienen almidón o azúcar. Los cereales, el maíz, la caña de azúcar y la remolacha se procesan utilizando la tecnología de fermentación alcohólica.

Biobutanol para repostar automóviles

El biobutanol es un análogo del butanol obtenido biológicamente. Un líquido incoloro con un olor característico se usa ampliamente como materia prima química en la industria, y también se puede usar como combustible de transporte.

La intensidad energética del butanol es cercana a la gasolina, lo que le permite reemplazar parcialmente este último en las celdas de combustible. A diferencia del bioetanol, el biobutanol se puede usar de forma independiente, sin agregar los tipos tradicionales de combustible.

Las plantas más diversas sirven como materia prima para la producción de esta bio-sustancia: remolacha, yuca, trigo, maíz.

Dimetil éter (C₂H₆O)

También es un combustible ecológico. Cuando se quema, no hay compuestos de azufre en los gases de escape, y el contenido de compuestos de nitrógeno es 90% menor que cuando se quema la gasolina.

El dimetil éter se puede usar sin filtros especiales, pero se deben realizar cambios cardinales en el diseño del automóvil (sistema de alimentación, encendido del motor).

El dimetil éter se considera una opción prometedora para el combustible de automoción. Las máquinas con motores diseñados para este combustible son desarrolladas por empresas tan grandes como Volvo, SAIC Motor, KAMAZ, Nissan

Sin alteraciones, puede usar combustible combinado que contenga 30% de dimetil éter en máquinas equipadas con motores de GLP.

Los combustibles líquidos se pueden producir a partir de diversas materias primas: gas natural, polvo de carbón, biomasa y principalmente a partir de los restos de la producción de pulpa y papel, transformándose en un líquido a baja presión.

Algas biometanol unicelulares

Dicha sustancia es un análogo del metanol ordinario, que se usa ampliamente para la producción de una serie de compuestos químicos (ácido acético, formaldehído), y también se usa como anticongelante y disolvente.

Por primera vez, la cuestión de la producción de este tipo de biocombustible surgió en la década de 1980, cuando un grupo de científicos propuso obtener una sustancia líquida por transformación bioquímica del fitoplancton marino, cuyo cultivo se llevará a cabo en depósitos especiales.

El biometanol tiene varias ventajas potenciales:

• alta eficiencia energética - 14 tras la recepción de metano; 7 tras la producción de metanol;
• excelente productividad de fitoplancton - hasta 100 toneladas por hectárea por año;
• organismos unicelulares poco exigentespara el cultivo del cual no se necesita agua dulce, suelo fértil;
• conservación de recursos agrícolasporque el fitoplancton se cultiva en estanques o bahías marinas.

Aunque todavía no se ha establecido la fabricación industrial de biometanol, actualmente se están realizando investigaciones y desarrollos persistentes de tecnologías para el desarrollo de la producción de este tipo de combustible alternativo.

El biodiesel como alternativa al transporte de combustible.

Este es un biocombustible de motor líquido que consiste en una mezcla de ésteres de ácidos grasos.La sustancia es segura para humanos y animales, se descompone casi por completo en la tierra en 28 días y también tiene una temperatura de ignición relativamente alta (<100).

El biodiesel reduce el porcentaje de emisiones de gases nocivos y también extiende la vida útil del motor, ya que incluye componentes lubricantes.

El combustible se utiliza para reabastecer de combustible los motores de automóviles, tanto de forma independiente como en combinación con el combustible convencional. Solo se debe tener en cuenta una corta vida útil de la sustancia biológica: después de tres meses, la descomposición de la sustancia biológica comienza con una pérdida completa de propiedades.

Para el biodiésel en la UE, se ha adoptado una norma especial EN14214. En algunos países, la norma EN590 también es válida, lo que permite la adición de biodiésel al 5% a otros combustibles.

Tipo # 3: gaseoso

Las principales variedades de biocombustible gaseoso incluyen biogás y biohidrógeno.

El biogás como sustituto del gas natural.

El biogás es un análogo casi completo del gas natural: contiene 13-50% de CO_2, 49-87% de metano, así como impurezas H₂ y H₂S. Si esta sustancia se limpia de dióxido de carbono, puede obtener biometano.

Los biocombustibles gaseosos están hechos de biomasa por fermentación de hidrógeno o metano. Este último es causado por tres tipos de microorganismos: primero, la materia prima está expuesta a bacterias hidrolíticas, que luego son reemplazadas por microbios formadores de ácido y metano.

La producción de biogás se puede llevar a cabo en dispositivos industriales y artesanales. El método de producción más común es la digestión aeróbica en tanques de metano.

Se pueden usar una variedad de materiales como materias primas: ensilaje, estiércol, algas, aguas residuales, basura, residuos fecales, desechos domésticos. El material de partida se lleva a un estado homogéneo, después de lo cual se coloca en un reactor utilizando un cargador.

Mantiene una temperatura confortable de + 35-38 ° C, que es necesaria para la implementación del proceso de fermentación de metano.

Las materias primas se mezclan constantemente, mientras que el producto gaseoso resultante se descarga en el soporte de gas (unidad de almacenamiento), desde donde ingresa al generador eléctrico.

Lea más sobre la producción de biogás a partir de estiércol y la disposición de una planta de biogás en los artículos:

1. Cómo hacer biocombustible con sus propias manos a partir de estiércol en casa
2. Planta de biogás de bricolaje para una casa privada: recomendaciones para el dispositivo y un ejemplo de mejoras para el hogar

Biohidrógeno químico

Un tipo de biocombustible gaseoso, que es un análogo del hidrógeno ordinario, se obtiene de la biomasa utilizando métodos bioquímicos o termoquímicos.

En el método termoquímico, las materias primas preparadas (por ejemplo, desechos de madera) se calientan a una temperatura de 500-800 ° C sin oxígeno, mientras que los gases H₂, CO, CH₄.

Un método prometedor para producir biohidrógeno es la biofolisis. En este caso, el gas se produce utilizando algas, que se colocan en agua de mar, aguas residuales

En el método bioquímico, la materia prima se mantiene en condiciones cómodas a presión y temperatura normales a aproximadamente 30ºC.

Enterobacter cloacae, Rodobacter speriodes microorganismos especiales se introducen en la biomasa, que descomponen el producto inicial, liberando hidrógeno. Las enzimas pueden acelerar la producción utilizando polisacáridos.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

En el siguiente video, puede ver el proceso de fabricación de un tipo popular de biocombustible: briquetas de madera:

Los tipos de biocombustibles difieren no solo en el estado de agregación, sino también en las características. Al elegir dicho material, es necesario tener en cuenta su uso planificado, efectividad, propiedades funcionales y costo.

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