Tipos de biocombustibles: comparación de las características de los combustibles sólidos, líquidos y gaseosos
Una alternativa a los recursos energéticos tradicionales son varios tipos de biocombustibles, en cuya producción se utilizan materias primas vegetales o animales, residuos industriales y resultados de la actividad vital de los organismos.
Ofrecemos comprender las ventajas y desventajas del uso de dicho combustible, conocer las características de producción, las características funcionales y también evaluar la efectividad del uso de diferentes tipos de combustible biológico. La información proporcionada le ayudará a elegir fuentes alternativas de recursos energéticos.
El contenido del artículo:
¿Qué es el biocombustible?
La dirección más prometedora en el sector energético son las tecnologías que implican el uso de recursos renovables, entre los que se incluyen los combustibles biológicos.
Como materia prima para su producción se puede tomar biomasa de origen vegetal/animal, incluidos residuos industriales o animales.
El procesamiento de tales sustancias se realiza por métodos termoquímicos o biológicos, en este último caso el combustible se obtiene utilizando varios tipos de microorganismos.
Muchos países tienen programas especiales para ampliar la participación de los biocombustibles en el consumo de energía nacional y regional. Varios estados también tienen normas obligatorias para el uso de esta fuente de energía.
Ventajas y desventajas del biocombustible
Los combustibles biológicos tienen sus lados positivos y negativos. El interés por el uso de este tipo de materia prima viene provocado por sus indudables ventajas.
Éstas incluyen:
- Coste de presupuesto. Aunque actualmente los precios de los biocombustibles son casi los mismos que los de la gasolina, las sustancias biológicas se consideran un tipo de combustible más rentable porque producen menos emisiones cuando se queman. El biocombustible es adecuado para su uso en diversas condiciones y puede adaptarse a motores de diferentes diseños. Otra ventaja es la optimización del funcionamiento del motor, que permanece limpio durante más tiempo gracias a la pequeña cantidad de hollín y gases de escape.
- Movilidad. El combustible biológico se diferencia de otras fuentes de energía alternativas por su portabilidad. Las instalaciones solares y eólicas suelen incluir baterías pesadas, por lo que suelen utilizarse de forma permanente, mientras que los biocombustibles pueden transportarse de una región a otra sin muchos problemas.
- Fuente de energía renovable. Aunque los investigadores creen que los depósitos de petróleo crudo existentes durarán al menos varios cientos de años, las reservas fósiles aún son finitas. Los biocombustibles, elaborados a partir de desechos vegetales y animales, se encuentran entre los recursos renovables que no corren peligro de desaparecer en el futuro previsible.
- Proteger la atmósfera de la Tierra. Una gran desventaja de los hidrocarburos tradicionales es el alto porcentaje de CO2, que se libera al quemarse. Este gas crea un efecto invernadero en la atmósfera de nuestro planeta, creando las condiciones para el calentamiento global. Cuando se queman sustancias biológicas, la cantidad de dióxido de carbono se reduce al 65%. Además, los cultivos utilizados en la producción de biocombustibles consumen monóxido de carbono, lo que reduce su proporción 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 cantidades de dinero en adquisición, transporte y almacenamiento. En casi cualquier país se pueden producir varios tipos de combustible biológico. Dado que su producción y procesamiento requerirán la creación de nuevas empresas y, en consecuencia, de puestos de trabajo, esto beneficiará a la economía nacional y tendrá un impacto positivo en el bienestar de las personas.
Mejorar la tecnología y desarrollar nuevos métodos puede potenciar los efectos positivos de los biocombustibles. Así, el desarrollo de tecnologías que utilicen plancton y algas reducirá significativamente su precio.
Al mismo tiempo, en la etapa actual de desarrollo de la ciencia y la tecnología, la producción de biocombustibles plantea una serie de dificultades e inconvenientes. En primer lugar, se trata de limitaciones naturales en el cultivo de plantas.
Para el crecimiento de cultivos destinados a la producción de biomasa se deben tener en cuenta una serie de factores, a saber:
- Uso del agua. Las plantas agrícolas consumen mucha agua, un recurso limitado, especialmente en zonas secas.
- Invasividad. Los cultivos que se cultivan como combustible suelen ser agresivos.Ahogan la flora auténtica, lo que puede perjudicar la biodiversidad y el ecosistema de la región.
- Fertilizantes. Muchas plantas requieren nutrientes adicionales para crecer, lo que puede dañar otros cultivos o el ecosistema en general.
- Clima. Ciertas zonas climáticas (por ejemplo, el desierto o la tundra) no son adecuadas para el cultivo de biocombustibles.
El cultivo activo de plantas agrícolas también está asociado con el agotamiento de los recursos agrícolas. El incumplimiento de las reglas de la tecnología agrícola puede conducir a una disminución en el contenido de componentes útiles del suelo y, como resultado, a su agotamiento, lo que agravará la situación. problema alimentario.
El ecosistema está alterado. La producción de biomasa suele requerir la expansión de las zonas agrícolas.
A menudo, para este propósito, se limpia el territorio, lo que conduce a la destrucción del microecosistema (por ejemplo, bosques), a la muerte de plantas y animales.
Surgen problemas con el crecimiento de monocultivos. Para obtener mayores rendimientos de biomasa, los productores suelen sembrar la tierra con una planta específica. Esta práctica no es muy buena para las tierras agrícolas, ya que el monocultivo provoca cambios ambientales.
Los campos ocupados por un tipo de planta suelen estar infestados por tipos especiales de plagas.Un intento de combatirlos con la ayuda de insecticidas y pesticidas sólo conduce al desarrollo de resistencia a estos agentes.
Para evitar los problemas descritos anteriormente, los científicos aconsejan no descuidar la biodiversidad de los cultivos combinando varias plantas en los campos, así como utilizar variedades locales de flora.
Generaciones de combustibles alternativos
La amplia gama de materias primas vegetales utilizadas para la biomasa suele dividirse en varias generaciones.
Primera generación. Esta categoría incluye cultivos agrícolas que contienen un alto porcentaje de almidón, azúcares y grasas. Se trata de plantas tan populares como el maíz, la remolacha azucarera, la colza y la soja.
Debido a que el cultivo de estos cultivos daña el clima y su retirada del mercado afecta los precios de los alimentos, los científicos están tratando de reemplazarlos con otros tipos de biomasa.
Segunda generación. El grupo de la biomasa incluye madera, pasto y desechos agrícolas (cáscaras, cáscaras). La producción de biocombustibles a partir de estas materias primas es costosa, pero 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 para producir combustible líquido.
Se considera que la principal desventaja de la biomasa de segunda generación es el rendimiento insuficiente por unidad de superficie, por lo que es necesario asignar importantes recursos de tierra para dichos cultivos.
Tercera generación. La materia prima para la producción de biocombustibles son las algas, que se cultivan a escala industrial, por ejemplo, en embalses abiertos.
Esta práctica es muy prometedora, pero actualmente estas tecnologías apenas se están desarrollando. Los científicos también están investigando para crear técnicas que permitan obtener biocombustibles de cuarta e incluso quinta generación.
Tres tipos de biocombustibles
Dependiendo del estado de agregación en el que se encuentre la sustancia, existen tres tipos principales de biocombustibles:
- Sólido: leña, turba, residuos animales y agrícolas.
- Líquido: biodiesel, dimetil éter, bioetanol, biobutanol.
- Gaseoso: biogás, metano, biohidrógeno.
Cada tipo de sustancia tiene sus propias características específicas, que se analizarán a continuación.
Tipo #1: duro
Los tipos sólidos de combustible biológico más populares incluyen la madera, la turba y los desechos animales.
Madera (leña, astillas, aserrín)
Un tipo antiguo de biocombustible es la conocida leña, que se utiliza desde hace mucho tiempo para calentar las casas y cocinar alimentos. Hasta ahora se utilizan activamente en diferentes países para generar calor/electricidad; en particular, una gran central térmica austriaca con una capacidad de 66 megavatios funciona con madera.
Al mismo tiempo, estas materias primas presentan desventajas. El valor energético de la leña es relativamente bajo: cuando se quema, parte de la sustancia se deposita en forma de hollín, por lo que las chimeneas y estufas deben limpiarse periódicamente.Además, se necesita cierto tiempo para reponer las reservas de madera: los árboles nuevos crecerán solo después de 15 a 20 años.
Una excelente alternativa a la leña convencional son los pellets (gránulos), para cuya producción se utiliza madera de calidad inferior: corteza, astillas de madera, aserrín prensado, perra.
Para producir pellets de combustible, las materias primas se muelen hasta convertirlas en polvo, que luego se seca y se prensa a altas temperaturas. Gracias a la lignina contenida en la madera, se forma una masa pegajosa a partir de la cual se forman pequeños cilindros con una longitud de 5 a 70 mm y un diámetro de 6 a 10 mm.
Usted mismo puede configurar la producción de pellets haciendo prensa para briquetas de combustible.
Las astillas de madera se encuentran entre los tipos populares de biocombustibles, que a menudo sirven como fuente de energía en las centrales térmicas europeas. La producción de estas materias primas se lleva a cabo en sitios de extracción o en líneas de producción especiales equipadas con máquinas trituradoras.
Turba de pantano y combustible forestal
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 ha descompuesto por completo en condiciones de pantano y se extrae en muchos países del mundo: Rusia, Bielorrusia, Canadá, Suecia, Indonesia y otros.
Para facilitar el proceso de producción, la biomasa suele procesarse en el lugar de extracción. El proceso consiste en limpiar (tamizar) las materias primas de inclusiones extrañas, seguido de secado y moldeado en briquetas o gránulos.
Combustible procedente de residuos agrícolas
En la producción agrícola, por regla general, se acumula una gran cantidad de diversos desechos vegetales: cáscaras exteriores de plantas, cáscaras de nueces y paja.
Estas materias primas también pueden prensarse y granularse, obteniéndose pellets de combustible cuyas características prácticamente no difieren de las de los pellets fabricados a partir de biomasa de madera.
Biocombustibles de origen animal
Junto con la leña, en la antigüedad la gente comenzó a utilizar combustible de origen animal, concretamente estiércol, estiércol seco de animales domésticos. Las tecnologías modernas para secar y procesar dichas materias primas permiten obtener variedades sólidas de biocombustibles que carecen por completo de olores desagradables.
Dado que actualmente los desechos del ganado se acumulan a escala industrial, la producción de combustible a partir de ellos resuelve al mismo tiempo el problema de su eliminación.
Tipo #2: líquido
Los biocombustibles líquidos, que son seguros y respetuosos con el medio ambiente, se utilizan principalmente como sustitutos de la gasolina y otros productos similares.Las opciones más comunes incluyen bioetanol, biometanol, biobutanol, biodiesel y dimetil éter.
Bioetanol procedente de cultivos vegetales.
Es un biocombustible líquido común que se utiliza para alimentar los automóviles. Aunque la sustancia pura no se utiliza como combustible, su adición a la gasolina ayuda a mejorar el rendimiento del motor, aumentar su potencia, controlar el calentamiento del motor y reducir las emisiones de escape.
El bioetanol también fue apreciado por los amantes de las chimeneas. Esta sustancia tiene una buena transferencia de calor, además, cuando se quema no se forma hollín ni humo y se minimiza la cantidad de dióxido de carbono liberado.
Gracias a estas características, el combustible se puede utilizar incluso para encender hogares en edificios de apartamentos. Lea más sobre biocombustible para chimeneas en Este artículo.
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 mediante tecnología de fermentación alcohólica.
Biobutanol para repostar coches
El biobutanol es un análogo del butanol de origen biológico. Es un líquido incoloro con un olor característico que se utiliza ampliamente como materia prima química en la industria y también puede utilizarse como combustible para el transporte.
La intensidad energética del butanol es cercana a la de la gasolina, lo que permite sustituir parcialmente a esta última en las pilas de combustible. A diferencia del bioetanol, el biobutanol se puede utilizar de forma independiente, sin añadir combustibles tradicionales.
Las materias primas para la producción de esta biosustancia son una amplia variedad de plantas: remolacha, yuca, trigo, maíz.
Éter dimetílico (C2h6Oh)
También es un combustible respetuoso con el medio ambiente. Cuando se quema, no hay compuestos de azufre en los gases de escape y el contenido de compuestos de nitrógeno es un 90% menor que cuando se quema gasolina.
El dimetiléter se puede utilizar sin filtros especiales, pero se deben realizar cambios fundamentales en el diseño del automóvil (sistema de energía, encendido del motor).
Sin modificaciones, se puede utilizar un combustible combinado que contenga un 30 % de éter dimetílico en los vehículos equipados con motores de GLP.
El combustible líquido puede producirse a partir de diversas materias primas: gas natural, polvo de carbón, biomasa y, sobre todo, a partir de residuos de la producción de celulosa y papel, que se transforman en líquido a baja presión.
Biometanol de algas unicelulares
Esta sustancia es un análogo del metanol común, que se usa ampliamente para la producción de varios compuestos químicos (ácido acético, formaldehído) y también se usa como anticongelante y solvente.
La cuestión de la producción de este tipo de biocombustible se planteó por primera vez en los años 80, cuando un grupo de científicos propuso producir una sustancia líquida mediante la transformación bioquímica del fitoplancton marino, que se cultivaría en depósitos especiales.
El biometanol tiene una serie de beneficios potenciales:
- alta eficiencia energética — 14 para la producción de metano, 7 para la producción de metanol;
- excelente productividad del fitoplancton — hasta 100 toneladas por hectárea y año;
- organismos unicelulares poco exigentes, para cuyo cultivo no se necesitan agua dulce ni suelos fértiles;
- conservación de recursos agrícolas, ya que el fitoplancton se cultiva en estanques o bahías marinas.
Aunque aún no se ha establecido la producción industrial de biometanol, actualmente se está realizando una persistente investigación y desarrollo de tecnologías para desarrollar la producción de este tipo de combustible alternativo.
Biodiesel como alternativa al combustible para el transporte
Se trata de un biocombustible líquido para motores compuesto por una mezcla de ésteres de ácidos grasos. La sustancia es segura para las personas y los animales, se descompone casi por completo en el suelo en 28 días y también tiene un punto de inflamación relativamente alto (<100).
El biodiesel reduce el porcentaje de emisiones de gases nocivos y además alarga la vida útil del motor, ya que contiene componentes lubricantes.
El combustible se utiliza para repostar motores de automóviles, tanto de forma independiente como en combinación con combustible convencional. Solo se debe tener en cuenta la corta vida útil de la sustancia biológica: después de tres meses, la sustancia biológica comienza a descomponerse con una pérdida total de propiedades.
Para el biodiesel, se ha adoptado una norma especial EN14214 en los países de la UE. En varios países también está vigente la norma EN590, que permite añadir un 5% de biodiésel a otros combustibles.
Tipo #3: gaseoso
Los principales tipos de combustibles biológicos gaseosos incluyen el biogás y el biohidrógeno.
Biogás como sustituto del gas natural
El biogás es un análogo casi completo del gas natural: contiene entre un 13 y un 50% de CO2, 49-87% de metano, así como impurezas de H2 y h2S.Si esta sustancia se purifica a partir de dióxido de carbono, se puede obtener biometano.
El biocombustible gaseoso se produce a partir de biomasa mediante fermentación de hidrógeno o metano. Esto último es causado por tres tipos de microorganismos: primero, la materia prima se expone a bacterias hidrolíticas, que luego son reemplazadas por microbios formadores de ácido y metano.
Se pueden utilizar una variedad de materiales como materia prima: ensilaje, estiércol, algas, aguas residuales, basura, residuos fecales y desechos domésticos. La sustancia de partida se lleva a un estado homogéneo, después de lo cual se coloca en el reactor mediante un cargador.
Allí se mantiene una agradable temperatura de +35-38°C, necesaria para el proceso de fermentación del metano.
La materia prima se mezcla constantemente, mientras que el producto gaseoso resultante se descarga en un recipiente de gas (unidad de almacenamiento), desde donde ingresa al generador eléctrico.
Más información sobre la obtención de biogás a partir de estiércol y la instalación de una planta de biogás se encuentra en los artículos:
- Cómo hacer biocombustible con tus propias manos a partir de estiércol en casa.
- Planta de biogás de bricolaje para una casa privada: recomendaciones para el dispositivo y un ejemplo de cómo organizar un producto casero
Biohidrógeno obtenido por método químico.
Un tipo de biocombustible gaseoso, análogo al hidrógeno convencional, se obtiene a partir de biomasa mediante métodos bioquímicos o termoquímicos.
En el método termoquímico, las materias primas preparadas (por ejemplo, desechos de madera) se calientan a una temperatura de 500 a 800 °C sin oxígeno, lo que libera gases H.2,CO,CH4.
Con el método bioquímico, las materias primas se mantienen en condiciones confortables a presión normal y una temperatura de aproximadamente 30°C.
Se introducen en la biomasa microorganismos especiales Enterobacter cloacae y Rodobacter speriodes, que descomponen el producto original y liberan hidrógeno. Para acelerar la producción utilizando polisacáridos, se pueden agregar enzimas.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
En el siguiente vídeo puede ver el proceso de fabricación de un tipo popular de biocombustible: las briquetas de madera:
Los tipos de combustible biológico se diferencian no sólo por su estado de agregación, sino también por sus características. Al elegir dichos materiales, es necesario tener en cuenta su uso previsto, efectividad, propiedades funcionales y costo.
¿Tiene experiencia en el uso de combustibles alternativos? ¿O quiere hacer preguntas sobre los biocombustibles? Por favor comente la publicación y participe en las discusiones. El bloque de comentarios se encuentra debajo.
Me gusta el biocombustible para el que se procesan los residuos de la industria maderera y de otras industrias: aserrín y madera de mala calidad. Este es un buen enfoque para salvar los recursos del planeta. Las algas también son una opción, no necesitan nada especial y crecen rápidamente.
Pero el cultivo en el campo parece antiecológico: se desperdicia mucha agua dulce, pero se obtiene poco producto útil.
No puedo entender por qué el bioetanol todavía no se vende ampliamente en Rusia; es un tipo de combustible puramente respetuoso con el medio ambiente y las materias primas para ello se pueden encontrar sin grandes dificultades. Las briquetas de madera también son una buena alternativa. ¿Quién puede responder claramente: sospecho que nuestra Duma no ha aprobado deliberadamente la ley sobre los ecocombustibles o está implicado aquí el lobby de Gazprom?
Hola. Producimos aparatos ortopédicos en buenas cantidades, ¿quién dijo que no? En cuanto a la escala, la tasa de crecimiento de la bioenergía está aumentando y está previsto un aumento de volumen, sobre todo porque es un recurso renovable, pero, lamentablemente, no esperemos que esto beneficie a nadie, lo más probable es que el precio de dicho combustible será muchas veces mayor, dadas las características de su uso inmediato.
Mientras tanto, en su mayoría intentan implementar esto en la agricultura de forma autónoma. Sin embargo, según las estadísticas de un fabricante de instalaciones de bioenergía, 10 mil granjas están interesadas en su producto, sólo 3 lo utilizan. Porque la rentabilidad económica del equipo no está justificada.
Lo más probable es que el lobby de Gazprom no tenga nada que ver con esto. ¿Qué países están desarrollando este bioetanol? El 90% de la producción mundial proviene de Brasil con su caña de azúcar y de Estados Unidos con su maíz. ¿De qué lo haremos?
Alex, tenemos una enorme escala de tala. Incluso el hecho de que los residuos no se pudran en el bosque, en las parcelas, será beneficioso. Y la madera se transforma en alcohol y biogás no peor que el maíz.