• استخدام الطاقة الحيوية آخذ في الارتفاع ، ولكن كيف يعمل الوقود الحيوي؟ توضح هذه المقالة كيف يمكن تحويل النفايات العضوية إلى ملفات مصادر الطاقة المتجددة يمكن تطبيقها بعدة طرق مختلفة.
توجد أنواع مختلفة من الوقود الحيوي ، وجميعها تعمل بشكل مشابه. بشكل عام ، تشير العبارة إلى إنتاج الوقود المتجدد من مصادر الكتلة الحيوية.
هناك العديد من الفوائد لاستخدام العمليات البيولوجية على عكس العمليات الجغرافية (مثل الوقود الحفري يفعل). الإيثانول والديزل الحيوي هما نوعان من أنواع الوقود الحيوي الأكثر استخدامًا على مستوى العالم.
تُستخدم أشكال مختلفة من الكتلة الحيوية كمادة وسيطة لمصادر الطاقة المتجددة هذه. ومن الأمثلة على ذلك روث الحيوانات وقصب السكر ونشا الذرة والزيوت النباتية.
ومع ذلك ، هناك مصادر أخرى للوقود الحيوي. لتوليد الوقود الحيوي ، هناك الكثير من البحث والتطوير الذي يتم إجراؤه على الطحالب ونفايات الغابات.
يتم إجراء البحث والتطوير العالمي على الوقود الحيوي بشكل عام كمصدر محتمل للطاقة في المستقبل. بالنظر إلى قبولهم المتزايد ، من الأهمية بمكان فهم كيفية عمل الوقود الحيوي.
جدول المحتويات
كيف يعمل الوقود الحيوي؟
هناك أنواع مختلفة من الوقود الحيوي وتعمل بشكل مختلف.
- الإيثانول
- وقود الديزل الحيوي
- الغاز الحيوي
- الوقود الحيوي الصلب
1. الإيثانول
يتم إنتاج نوع من الوقود الحيوي يسمى الإيثانول من مادة نباتية مخمرة ، مثل الذرة أو قصب السكر. يتم تكسير الكربوهيدرات الموجودة في المادة النباتية عن طريق التخمير لإنتاج الإيثانول ، والذي يتم تنقيته لاحقًا من خلال التقطير. يمكن بعد ذلك صنع وقود لمحركات الاحتراق الداخلي عن طريق مزج الإيثانول المكرر بالبنزين.
نظرًا لأن الإيثانول أقل كفاءة بنسبة 30٪ تقريبًا من البنزين لكل وحدة حجم ، فإنه يتطلب المزيد من الإيثانول النقي للسفر بنفس المسافة مثل البنزين. لا يمكن استخدام الإيثانول النقي إلا في محركات السيارات والشاحنات الخفيفة والدراجات النارية ، وفقط عندما يتم تعديل هذه المحركات خصيصًا لهذا الغرض.
2. وقود الديزل الحيوي
كما أن كفاءة وقود الديزل الحيوي أقل من كفاءة البنزين. ومع ذلك ، يعتمد الكثير على تكوين الوقود وجودته. يتم سرد النسبة المئوية للديزل الحيوي في مزيج البنزين بعد البادئة B- على ملصقات وقود الديزل الحيوي في محطات الوقود. على سبيل المثال ، B20 هو وقود ديزل يحتوي على 20٪ ديزل حيوي.
تقل الحاجة إلى تعديل المحرك مع انخفاض نسبة إضافة وقود الديزل الحيوي. على المدى الطويل ، قد يتسبب استخدام وقود الديزل الحيوي النقي في بعض مشكلات الصيانة والأداء. يمكن حل مشاكل الصيانة هذه.
3. الغاز الحيوي
يعتبر الهضم اللاهوائي ، والذي يتضمن إذابة المواد العضوية مثل فضلات الطعام أو مياه الصرف الصحي أو النفايات الزراعية بدون أكسجين ، الإجراء الأكثر شيوعًا لإنشاء الغاز الحيوي. يتم الجمع بين الميثان (CH4) وثاني أكسيد الكربون (CO2) لإنتاج الغاز الحيوي.
فيما يلي المواد الأولية الأكثر شيوعًا المستخدمة في إنتاج الغاز الحيوي:
- نفايات الطعام والنفايات العضوية الأخرى والمنازل والشركات
- روث الماشية
- محاصيل الطاقة بما في ذلك الصفصاف والحور والمسكانثوس
- الصرف الصحي ومياه الصرف الصحي
- الذرة والقمح والعشب
- المخلفات الصناعية من مصانع تجهيز الأغذية والورق
- نفايات مكب النفايات
سيتم تحديد المواد الأولية الدقيقة المستخدمة من خلال الأهداف المحددة لعملية الغاز الحيوي ، وتوافر الموارد ، والموقع الجغرافي. يمكن أن يتم إنتاج الغاز الحيوي على نطاق صغير (منزلي ، زراعي) أو كبير (صناعي ، بلدي).
هناك عدة تطبيقات للغاز الحيوي ، منها:
- كوقود للنقل ، سواء بمفرده أو بالاشتراك مع الديزل أو الغاز الطبيعي.
- كمصدر للوقود لإنتاج الكهرباء والتدفئة في المنازل والشركات ومحطات الطاقة.
- أثناء العمليات الصناعية مثل صناعة البلاستيك الحيوي والكيماويات والأسمدة.
- لتنظيف وتطهير مياه الصرف الصحي.
- بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إنتاج "الميثان الحيوي" أو الميثان النقي من الغاز الحيوي واستخدامه لتوفير غاز بجودة عالية في خطوط الأنابيب.
بشكل عام ، يعد الغاز الحيوي مصدرًا مرنًا ومستدامًا للطاقة يمكنه دعم استقلالية الطاقة وتحسين جودة الهواء وخفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
4. الوقود الحيوي الصلب
يُعرف الوقود المشتق من الكتلة الحيوية الصلبة ، مثل الخشب والنباتات ومنتجات النفايات ، بالوقود الحيوي الصلب. يمكن حرقها لتوليد الحرارة والطاقة من بين أشياء أخرى ، ويمكن أيضًا استخدامها بعدة طرق أخرى.
يتم حرق الوقود الحيوي الصلب في غلاية أثناء عملية الاحتراق لإنتاج الحرارة. ثم يتم استخدام البخار الناتج عن هذه الحرارة لتشغيل التوربينات. ينتج التوربين الكهرباء ، والتي يمكن لنظام الطاقة استخدامها لاحقًا لتزويد المنازل والشركات.
يمكن حرق الوقود الحيوي الصلب في محطات توليد الطاقة التي تم بناؤها خصيصًا كبديل للوقود الأحفوري العادي وكوسيلة لخفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
يؤثر نوع الوقود الحيوي المستخدم وتقنية الاحتراق واستدامة عملية الإنتاج على مدى فعالية العملية ومدى تأثير الوقود الحيوي على البيئة.
كثيرًا ما يستخدم الوقود الحيوي الصلب في أنظمة التدفئة التجارية والمنزلية ، وكذلك في التطبيقات الصناعية وتطبيقات توليد الطاقة.
كمادة وسيطة ، يمكن استخدامها أيضًا في صناعة الوقود الحيوي مثل الإيثانول الحيوي والديزل الحيوي.
10 خطوات لإنتاج الوقود الحيوي
هناك عشر عمليات في المجموع للحصول على منتج وقود حيوي نهائي قد تضعه في سيارتك.
- تحديد مصدر النفط
- اختبار الزيت
- ترشيح الزيت
- إنتاج دفعة تجريبية
- اقتناء أدوات الإنتاج
- الحصول على الكيماويات
- المعالجة المسبقة للزيت
- معالجة وقود الديزل الحيوي
- الاحتياطات:
- غسيل وتجفيف وقود الديزل الحيوي
- معالجة الجلسرين
1. تحديد مصدر النفط
يعد العثور على مصدر للنفط كبداية هو القضية الأساسية التي يواجهها الناس. يشتري غالبية الناس زيوتهم النباتية من المطاعم القريبة.
ومع ذلك ، قبل مناقشة مكان العثور على الوقود الخام ، يجب أن نتأكد من أن نفايات الزيوت التي نتلقاها يجب أن يتم ترشيحها مسبقًا إلى 400 ميكرون كحد أدنى.
منزوع الماء بكميات قليلة من الأحماض الدهنية الحرة. ننصحك بشراء زيت الطبخ المستعمل من المؤسسات التي تغير الزيت كل أسبوع. سيساعدك هذا في تحديد موقع الزيت عالي الجودة.
كما أن زيوت الكانولا والذرة والفول السوداني متاحة أيضًا للمستهلكين.
تعتبر الدهون الحيوانية ، أو الشحم ، أو شحم الخنزير من المصادر الإضافية التي يمكن من خلالها الحصول على نفايات الزيوت. ومع ذلك ، نظرًا لأن هذه المصادر تحتوي على نسب أكبر من نقطة الهلام ، مما قد يؤدي إلى انسداد محرك سيارتك عند درجات حرارة أعلى ، فإننا لا ننصح بجمع نفايات الزيوت منها.
2. اختبار الزيت
نحتاج إلى التحقق من جودة الزيت بعد استلامه للتأكد من أنه يمكننا استخدامه. من الضروري اختبار الزيت أولاً. هناك العديد من خيارات الاختبار المتاحة. يعد اختبار الزيت من أجل الحمض والماء أهمهما.
قم ببساطة بتسخين الزيت في مقلاة للتحقق من وجود فقاعات لمعرفة ما إذا كان هناك أي ماء. يجب علينا دراسة المعايرة من أجل قياس مستويات الحموضة.
المعايرة هو مصطلح الإجراء المستخدم لقياس مستوى الحموضة. من أجل القيام بذلك ، يجب خلط عينة من الزيت بكمية دقيقة من الكحول المتعادل الأس الهيدروجيني. ثم يتم تحديد مستوى الحمض باستخدام مرشح الأس الهيدروجيني ؛ عادة ، يتم استخدام الفينول فثالين.
من الضروري التحقق من مستويات الحموضة. قد يتم تحييد المادة الكيميائية الأساسية التي نضيفها لاحقًا بالكمية العالية من الحمض إذا كان الزيت يحتوي على مستوى حموضة مرتفع. تتيح لنا معرفة مستوى الحموضة حساب وإضافة الكمية الدقيقة للمادة الكيميائية الأساسية المطلوبة لتحويلها إلى وقود حيوي.
3. ترشيح الزيت
يصبح الزيت أنقى وأكثر فعالية بعد التصفية. يجب أن نتأكد من أن الزيت خالٍ من الشوائب مثل رقائق الطعام. من بين جميع خيارات تصفية الزيت ، ننصح بإحضار أسطوانة سعة 55 جالونًا مزودة بفلتر أسطواني معدني.
إن فهم حجم المرشحات أمر بالغ الأهمية. ننصح أن تكون الثقوب صغيرة قدر الإمكان. سيكون المرشح المثالي هو 400 ميكرون.
4. إنتاج دفعة تجريبية
سيكون عمل دفعة اختبار فكرة جيدة قبل البدء. سيوضح هذا ما إذا كان الزيت الذي حصلت عليه مؤخرًا مفيدًا في صناعة الوقود الحيوي أم لا.
يعد إجراء مجموعة اختبار أمرًا بسيطًا نسبيًا لأن جميع المكونات متوفرة عادةً في متاجر البقالة المحلية.
5. الحصول على أدوات الإنتاج
ليس من الصعب عليك صنع الوقود الحيوي إذا كانت لديك الأدوات المناسبة. ستحتاج إلى العناصر التالية لجعل كل هذا ممكنًا:
- حاويات لتجميع الزيت: لمناولة وتخزين الزيت المجمّع. لهذا ، يمكنك إعادة استخدام برميل أو برميل زيت قديم. اطلب من أحد الجيران أن يقرضك واحدًا إذا كان لديه واحدًا لا يستخدمه إذا لم تتمكن من العثور على واحد في السقيفة. في أسوأ الأحوال ، توقف عند ساحة الخردة بالحي!
- القدرة على نقل الزيت: لنقل النفط من منطقة تجميع النفط (المطاعم) إلى منطقة إنتاج النفط (الفناء الخلفي هو اقتراح). عادة ، يمكن أن يتسع برميل الزيت في شاحنتك.
- فلاتر الزيت: لإزالة الزيت حتى يمكن معالجته. 400 ميكرومتر.
- معالج وقود حيوي: من خلال الجمع بين المواد الكيميائية والزيت ، سيساعد هذا الجهاز في تحويل الزيت إلى وقود حيوي.
- برميل نفط: يتم تنظيف هذا من الشوائب باستخدام خزان غسيل الوقود الحيوي.
- خزان لتخزين الوقود الحيوي: هذه ضرورية للاحتفاظ بالزيت المصفى بعد الغسيل والتصفية.
- مضخات نقل: يتم استخدامها لنقل الزيت بين حاويات مختلفة ومتوفرة بأحجام وأشكال متنوعة.
- طقم المعايرة: لقياس الحموضة.
6. الحصول على C.نصفي
يستخدم الميثانول في العملية الكيميائية. يتم إنتاج وقود الديزل الحيوي عندما يتحد الميثانول مع الزيت النباتي المستخدم.
ستحتاج أيضًا إلى هيدروكسيد الصوديوم أو البوتاسيوم ، بالإضافة إلى الميثانول. كلاهما يمكن الوصول إليهما في متاجر مستلزمات السباكة. هيدروكسيد البوتاسيوم يجعل الجلسرين سائلًا ويذوب بسهولة في الميثانول ، لذلك ننصحك بالحصول على القليل منه.
سيتم استخدام محفز بواسطة أي من هذه الهيدروكسيدات لبدء التفاعل الكيميائي بين الميثانول والزيت.
7. المعالجة المسبقة للزيت
قبل أن تتم معالجة الزيت إلى وقود حيوي ، يجب تحضيره للمعالجة. في الخطوة 2 ، تحدثنا عن حساب محتوى الزيت من الماء والحمض.
يجب أن ننظر الآن في كيفية التعامل مع الزيت المخفف و / أو المحتوى الحمضي العالي.
نزح المياه
في حين أن هناك طرقًا مختلفة لنزع الماء من الزيت ، فإن ترك الزيت يستقر هو الأكثر وضوحًا. إذا أعطيت الوقت الكافي ، فإن الماء يغوص في القاع ويمكن إزالته لأن الماء والزيت لا يجتمعان جيدًا.
يمكن أيضًا تسخين الزيت لتسريع هذه العملية. هذا يجعل من السهل على جزيئات الماء أن تتشتت خارج المعلق من خلال السماح لجزيئات الزيت بالتمدد.
خفض مستوى الحمض
قبل استخدام الزيت لتصنيع وقود الديزل الحيوي ، يجب أن تفكر في خفض مستوى الحمض في الزيت إذا كان الزيت الذي تحصل عليه يحتوي على نسبة عالية من الأحماض الدهنية الحرة. يمكن تحويل المواد الأولية عالية الأحماض الدهنية إلى وقود حيوي ، ومع ذلك ، فإن العملية شاقة إلى حد ما.
والسبب في ذلك هو أنه بحلول الوقت الذي تمتلك فيه وقود الديزل الحيوي ، سيظل لديك الكثير من الصابون للتعامل معه لأنك ينتهي بك الأمر باستخدام الكثير من المذيبات الزائدة.
هناك طريقتان لتقليل حموضة الزيت:
- تجريد كاوية
- الأسترة الحمضية
1. التنظيف بالمادة الكاوية
للقيام بذلك ، يجب إذابة بعض القاعدة الصلبة (هيدروكسيد الصوديوم أو البوتاسيوم) في الماء قبل إضافتها إلى الزيت. نتيجة لذلك ، ستنضم الأحماض الدهنية الخالية من الزيت إلى القاعدة الصلبة وتنتج الصابون. بعد إزالة الماء من الزيت وإزالة الصابون ، يمكن استخدامه لصنع وقود الديزل الحيوي.
على الرغم من فعاليتها ، إلا أن هذه الطريقة ستنتج وقودًا حيويًا أقل لأن بعض الزيت سيتحول إلى صابون.
بينما تحظر بعض منشآت وقود الديزل الحيوي نزع المواد الكاوية كطريقة لخفض الأحماض الدهنية الحرة ، فإننا نعلم أنه يمكن القيام بذلك وهو فعال. بعض الناس فقط يفضلون النهج الثاني.
2. الأسترة الحمضية
يتم تعديل الأحماض الدهنية الحرة (FFAs) في الزيت أثناء هذا الإجراء باستخدام حمض الكبريتيك بحيث لا يزال من الممكن تحويلها إلى وقود الديزل الحيوي. هذه الطريقة مناسبة عند العمل بالزيت الذي يحتوي على كمية كبيرة من الأحماض الدهنية الحرة. تم اختياره لأنه بدلاً من تحويل FFA إلى صابون ، فإنه يغير فقط سلاسل الأحماض لجعلها تتحول إلى وقود حيوي أو وقود حيوي.
8. Bيوديسيل Pو rocessing
كان الغرض الرئيسي من المراحل السابقة هو الاستعداد لهذه المرحلة. هذه هي الطريقة الأساسية لتحويل الزيت إلى وقود حيوي. تحدث التفاعلات الفعلية التي تسمح لك بإنتاج وقود الديزل الحيوي بالزيت العضوي هنا ، حيث يحدث السحر.
أنت بحاجة لممارسة السلامة الممتازة قبل أن نغادر. دعنا نلقي نظرة على بعض تدابير السلامة التي يجب عليك اتخاذها.
الاحتياطات:
ستتعامل مع بعض السوائل المسببة للتآكل والميثانول والكحول القوي وقليلًا من الحرارة ونقل المواد القابلة للاحتراق من حاوية إلى أخرى. يوصى بالاحتفاظ بمطفأة حريق في متناول اليد يمكنها إطفاء حرق الزيت.
في منطقة جيدة التهوية ، بعيدًا عن الأطفال والحيوانات الأليفة ، ومع معدات السلامة المناسبة ، يفضل معالجة وقود الديزل الحيوي.
قبل تصنيع كميات كبيرة من وقود الديزل الحيوي ، تحقق مع الحكومة المحلية وإدارة مكافحة الحرائق للتأكد من التعامل مع أي مواد مضافة وكحول ومواد أخرى واستخدامها وفقًا للقواعد واللوائح المحلية.
قد يتم إبطال ضمان الشركة المصنعة إذا تم استخدام وقود الديزل الحيوي محلي الصنع في سيارة بمحرك ديزل. لذا جربها إذا كانت شاحنتك القديمة قد تجاوزت فترة الضمان.
عندما يتم إنتاج وقود الديزل الحيوي بشكل صحيح ، غالبًا ما يكون صحيًا جدًا. إنه أقل ضررًا من ملح الطعام ويتحلل بسرعة أكبر من السكر. لا يعتبر خطيراً إذا انسكب لأنه يحتوي على نقطة وميض أكبر من البنزين العادي.
9. غسيل وتجفيف وقود الديزل الحيوي
عند إنتاج وقود الديزل الحيوي ، نقوم في كثير من الأحيان بحقن ميثانول أكثر مما نحتاج إليه. للتأكد من انتهاء التفاعل الكيميائي ، افعل ذلك.
بعد وضع التفاعل ، أصبحت كمية كبيرة من الميثانول الآن مكونًا من وقود الديزل الحيوي الأصلي ، ومع ذلك ، فقد أصبح الآن يحتوي على القليل من الاختلاف. سينتهي الميثانول الزائد في الجلسرين. بالإضافة إلى ذلك ، يبقى بعض الميثانول الإضافي في وقود الديزل الحيوي.
- غسيل وقود الديزل الحيوي
- تجفيف وقود الديزل الحيوي
1. غسل وقود الديزل الحيوي
جزيئات الميثانول مثل الماء أكثر من وقود الديزل الحيوي عند استخدامه.
الميثانول المذاب في الماء يتم إنزاله إلى صفيحة الماء حيث يكون كل شيء آخر فوقها بواسطة الماء. إذا قمت بغسله لفترة كافية ، فسيتم إزالة الميثانول الزائد والمواد الأخرى التي كان يتشبث بها تمامًا.
هذه التقنية هي نفسها بشكل أساسي عند استخدام نظام الغسيل الجاف. يتم التقاط أو امتصاص الجلسرين والصابون والميثانول بواسطة الراتينج الجاف أو المسحوق ، ولكن يسمح للديزل الحيوي بالمرور.
2. تجفيف وقود الديزل الحيوي
دعونا نناقش كيفية التخلص من الماء الآن الذي تريده.
بادئ ذي بدء ، هناك طرق لا حصر لها لتجفيف وقود الديزل الحيوي. إنها مبعثرة في جميع أنحاء الإنترنت إذا قمت بإجراء بحث سريع. لتصنيع وقود الديزل الحيوي ، سنناقش فقط بعض الطرق الأسهل للقيام بذلك.
قم بإحضار وقود الديزل الحيوي الخاص بك إلى الخارج في ضوء الشمس المباشر كأحد أفضل الطرق لتحقيق ذلك. دع الطبيعة الأم والسحر يعملان معًا. ستساعد حرارة الشمس كل الماء على التبخر بسرعة كبيرة إذا كان الطقس جافًا بدرجة كافية.
يصبح وقود الديزل الحيوي جاهزًا للاستخدام بمجرد أن يجف ويصبح خاليًا من الجلسرين.
10. معالجة الجلسرين
إدارة المخلفات يمكن للمرافق الحصول على الجلسرين المستخدم. يحتوي المرفق على جهاز معالجة فريد يسمى الهاضم اللاهوائي ، ويشار إليه أيضًا باسم هضم الميثان.
في الأساس ، يتم دمج كل مياه الصرف الصحي الخام في جهاز خلط كبير قبل نقلها إلى خزان كبير حيث تأكل البكتيريا وتتحلل مياه الصرف الصحي الخام.
ثم يتم تكوين غاز الميثان كمنتج ثانوي بواسطة البكتيريا. في محطات توليد الطاقة بغاز الميثان ، يتم التقاط الميثان وحرقه.
تستخدم البكتيريا الجلسرين الخام كغذاء ، مما يزيد من إنتاج الميثان. لدينا الآن خيار أخضر للتخلص من كل الجلسرين لدينا لأن مرفق إدارة النفايات كان قادرًا على قبوله جميعًا.
وفي الختام
في الختام ، يمكن استخدام الوقود الحيوي في النقل والطاقة والإضاءة والدفء. خطوتان من التمثيل الضوئي - تفاعل الضوء والتفاعل المظلم يحدثان في البلاستيدات الخضراء للخلايا. يمكن تصنيع الوقود الحيوي من مجموعة متنوعة من المنتجات البيولوجية ، بما في ذلك الخشب والأعشاب والزيوت والسكريات والنشويات.
توصيات
- 10 مزايا وفوائد التكنولوجيا الحيوية
. - 10 عيوب التكنولوجيا الحيوية
. - لماذا يعتبر التنوع البيولوجي مهمًا للبشر؟
. - 16 آثار التلوث على التنوع البيولوجي
. - 22 مزايا وعيوب الوقود الحيوي
دعاة حماية البيئة عن ظهر قلب. كاتب محتوى رئيسي في EnvironmentGo.
أسعى لتثقيف الجمهور حول البيئة ومشاكلها.
لقد كان الأمر دائمًا متعلقًا بالطبيعة ، يجب أن نحميها لا أن ندمرها.