과학을 과학하다

지속 가능한 운송수단

지속 가능한 운송은 사회, 환경 및 기후 영향의 관점에서 볼 때 광범위한 지속 가능한 운송입니다. 지속 가능성을 평가하기 위한 요소에는 도로, 수로 또는 항공 운송, 에너지 및 운송 인프라 (도로, 철도, 항공로, 수로, 운하, 부두)에 사용되는 특정 차량이 포함됩니다. 또한, 운송 사업, 물류 및 운송 유형 개발 평가에도 참여하고 있습니다. 운송 지속 가능성은 주로 운송 시스템의 효과와 효율성, 그리고 환경과 기후에 미치는 영향으로 측정됩니다.

대부분의 경우 단기 활동은 연료 효율 및 차량 배출 관리의 단계적 개선을 촉진할 수 있으며, 장기 목표에는 화석 기반 에너지에서 다른 대안 (예 : 재생 가능 에너지 또는 기타 재생 가능 자원 사용)으로의 전환이 포함됩니다. 운송 시스템의 전체 수명주기에는 지속 가능성 평가 및 최적화가 필요합니다.

지속 가능한 운송 시스템은 그들이 봉사하는 지역 사회의 환경, 사회 및 경제적 지속 가능한 발전에 적극 이바지하고 있습니다. 교통 시스템은 사회적, 경제적 연결을 제공하기 위해 존재하며 사람들은 이동성 증가를 통해 가난한 세대가 제공하는 기회를 즉시 활용하고 저탄소 교통 옵션으로부터 큰 혜택을 받습니다. 이동성 증가의 이점은 운송 시스템의 환경, 사회 및 경제적 비용과 비교되어야 합니다.

운송 시스템은 전 세계 에너지 소비량과 이산화탄소 배출량의 20 ~ 25%를 차지하며 환경에 중대한 영향을 미칩니다. 배출량의 거의 97%는 화석 연료의 직접 연소에서 발생합니다. 운송 때문인 온실가스 배출량은 다른 에너지 사용 부문보다 빠르게 증가하고 있습니다. 도로 운송은 또한 지역 대기 오염과 스모그의 주요 원인입니다.

유엔 환경 프로그램 (UNEP)은 매년 240만 명이 실외 대기 오염 때문인 조기 사망을 피할 수 있다고 추정합니다. 특히 해로운 것은 미세 먼지의 일부인 블랙 카본의 방출입니다. 카본 블랙은 호흡기 및 발암성 질환의 원인으로 간주하며 지구 기후 변화에 크게 기여했습니다. 온실가스 배출과 먼지의 관계는 배출량을 줄이고, 기후 변화를 완화하고, 지역 차원에서 지속 가능한 투자로서 대기 질을 개선함으로써 저탄소 운송을 증가시키고 있습니다.

교통의 사회적 비용에는 교통사고, 대기 오염, 신체 활동 부족, 출퇴근하는 가족 구성원의 시간 손실, 유가상승에 대한 취약성이 포함됩니다. 이러한 부작용 대부분은 자동차를 소유하거나 운전할 가능성이 가장 적은 사회 집단에 불균형적으로 영향을 미칩니다. 교통 체증은 사람들의 시간을 낭비하고 상품이나 서비스의 배송을 지연시켜 사람들이 지급하게 합니다.

전통적인 교통 계획, 특히 차량의 이동성을 향상하기 위해 설계된 계획은 더 광범위한 영향을 충분히 고려하지 않을 수 있습니다. 그러나 교통의 실제 목적은 일, 교육, 상품 및 서비스, 친구와 가족에 대한 접근이며, 동시에 입증된 기술은 교통 상황을 개선하는 동시에 환경 및 사회적 영향을 줄이고 교통 혼잡을 관리할 수 있습니다. 있다. 도시 교통의 활력, 생활 가능성 및 지속 가능성을 개선하기 위한 보다 광범위한 계획의 목적으로 교통 네트워크의 지속 가능성을 성공적으로 개선 한 커뮤니티가 그렇게 하고 있습니다.

식물성 기름

직접 전파 기름은 일반적으로 연료로 사용되지 않지만, 품질이 낮은 기름이 사용됩니다. 사용된 식물성 기름은 점점 더 바이오 디젤로 가공되거나 (드물게) 정제수 또는 미립자에 의해 연료로 사용됩니다.

100 % 바이오 디젤 (B100)과 마찬가지로 연료 주사기가 효율적인 연소를 위해 식물성 기름을 올바른 방식으로 주입하려면 식물성 기름 연료를 코일이나 열교환기를 통해 가열하여 디젤의 점도를 줄여야 합니다. 온화한 기후에서는 간단합니다. MAN B W Diesel, Watsila, Deutz AG 및 Elsbeth와 같은 많은 소규모 회사는 시판 후 수정하지 않고도 식물성 기름과 호환되는 엔진을 제공합니다.

식물성 기름은 커먼레일 또는 단위 분사 전자 디젤 분사 시스템을 사용하지 않는 많은 구형 디젤 엔진에도 사용할 수 있습니다. 간접 분사 엔진 연소실 설계는 식물성 기름에 가장 적합한 엔진입니다. 이 시스템은 상대적으로 큰 오일 분자의 연소 시간을 증가시킵니다. 일부 오래된 엔진, 특히 Mercedes (Mercedes)는 아마추어가 수정하지 않고 실험했습니다. 몇몇 드라이버는 "Pump Deuce"이전에 VWTDI 엔진을 사용하거나 직접 분사가 있는 다른 같은 엔진을 사용하여 제한적으로 성공했습니다. Elsbett 및 Wolf와 같은 회사는 전문가용 변환 복장을 개발했으며 지난 수십 년 동안 수백 개의 변환 복장을 성공적으로 설치했습니다.

지방은 수소화되어 디젤로 전환될 수 있습니다. 이 제품은 높은 세찬가, 낮은 방향족, 낮은 황 및 무산소를 가진 자유 체인 탄화수소입니다. 수소화된 기름은 어떤 비율로든 디젤과 혼합될 수 있습니다. 바이오 디젤과 비교하여 저온에서의 우수한 성능, 저장 안정성 및 미생물 공격에 대한 내성과 같은 많은 장점이 있습니다.

바이오 에테르

바이오 에테르 (연료 에테르 또는 산소화 연료라고도 함)는 옥탄 부스터로 사용할 수 있으며 이소부틸 랜과 같은 반응성 이소 올레핀과 바이오 에탄올의 반응으로 생성되는 비용 효율적인 화합물입니다. 바이오 에테르는 밀이나 사탕무로 만들어집니다. 또한, 엔진 성능을 향상하면서 엔진 마모와 독성 배출을 크게 줄일 수 있습니다. 영국에서는 바이오 에테르가 석유 에테르를 대체할 가능성이 매우 높지만 에너지 밀도가 낮아서 바이오 에테르 자체가 연료가 될 가능성은 낮습니다. 우리는 지상의 오존 배출량을 획기적으로 줄임으로써 대기 질에 이바지했습니다.

운송 연료의 경우, 다이메틸에테르, 디 에틸에테르, 메틸 테라 뷰틸 에테르 (MTBE), 에틸 테라 뷰틸 에테르 (ETBE), 테라 아닐 메틸에테르 (TAME), 테라 아닐 에틸 (TAFE)에는 6개의 에테르 첨가제가 있습니다.

EFOA (European Fuel Oxygenates Association)는 납을 대체하는 가장 일반적인 연료 에테르로 메틸 테라 뷰틸 에테르 (MTBE)와 에틸 테라 뷰틸 에테르 (ETBE)를 확인했습니다. Ethel은 고독성 화합물을 대체하기 위해 1970년대에 유럽에 도입되었습니다. 유럽인들은 여전히 바이오 에테르 첨가제를 사용하고 있지만, 미국은 더는 산소를 요구하지 않기 때문에 바이오 에테르는 주요 연료 첨가제로 사용되지 않습니다.

바이오 디젤은 유럽에서 가장 흔한 바이오 연료입니다.

에스터 교환 반응을 통해 그리스로 만들어지며 화석 및 광물 디젤과 같은 조성을 한 액체입니다. 화학적으로 주로 지방산 메틸 에스터 (또는 에틸 에스터) (FAME)로 구성됩니다. 바이오 디젤의 원료는 동물성 지방, 식물성 기름, 대두, 유채, 자트로파, 마라, 겨자, 아마, 해바라기, 야자유, 대마, 들썩, pongamia pinata 및 조류를 포함합니다.

2 세대 디젤 B100과 비교할 때, 순수 바이오 디젤 (B100 일명 깨끗한 바이오 디젤)은 현재 배기가스를 최대 60%까지 감소시킵니다. 2020 년 현재 CAIRO Australia의 연구자들은 엔진 윤활유로 홍화 유를 연구하고 있으며 미국 몬태나 주립 대학 첨단 연료 센터의 연구자들은 대형 디젤 엔진에서 홍화 유의 성능을 연구하고 있습니다. 그 결과는 "변화"로 평가됩니다.

미네랄 디젤과 혼합하면 모든 디젤 엔진에 바이오 디젤을 사용할 수 있습니다. 순수한 형태 (B100)의 디젤 엔진으로도 사용할 수 있지만, 사용되는 원료에 따라 연료 온도가 낮아질수록 점도가 높아져 겨울철 사용 시 유지 보수 및 성능 문제가 발생할 수 있습니다.

일부 국가 / 지역에서는 제조업체의 B100 디젤 엔진에 보증이 적용됩니다. 예를 들어 독일의 폭소 박겐에서는 운전자가 B100으로 전환하기 전에 폭소 박겐 환경 서비스 부서에 연락해야 합니다. 1994 년 이후 대부분은 바이오 디젤은 디젤 엔진과 호환됩니다. 디젤 엔진의 기계식 연료 분사 시스템은 "Viton"(듀퐁사 제조) 합성 고무를 사용합니다. 그러나 2014년 이전에는 바이오 디젤 배출량 관리 협약이 없었기 때문에 순수 바이오 디젤 사용이 인증된 차량은 없었습니다.

1990 년대 후반부터 전자 제어 "커먼 레일"및 "유닛 주사기"유형 시스템은 기존 디젤 연료와 혼합된 바이오 디젤만 사용할 수 있습니다. 이 엔진에는 연료의 점도에 매우 민감한 원자화된 다단계 분사 시스템이 있습니다. 현재 세대의 대부분의 디젤 엔진은 연료 레일 설계에 의존하지만 엔진 자체를 변경하지 않고도 B100에서 실행할 수 있습니다. 바이오 디젤은 효과적인 용매이며, 바이오 연료는 연료 탱크와 파이프의 오래된 침전물을 용해해 화석 디젤 침전물을 정화하기 때문에 엔진 필터를 더 자주 교체해야 할 수 있습니다. 또한, 엔진 연소실은 효과적으로 탄소 침전물을 제거하고 효율성을 유지할 수 있습니다. 여러 유럽 국가에서 바이오 디젤 상표의 5%가 널리 사용되고 있으며 수천 개의 주유소에서 구할 수 있습니다. 바이오 디젤은 또한 산소화 연료이기 때문에 화석 디젤보다 탄소가 적고 수소와 산소가 더 많이 포함되어 있습니다. 이것은 바이오 디젤의 연소를 개선하고 연소하지 않은 탄소의 미립자 배출을 감소시킵니다. 그러나 순수한 바이오 디젤을 사용하면 NOx 배출량이 증가합니다.

바이오 디젤은 무독성이며 생분해성이며 125° F (52° C)의 석유 디젤과 비교할 때 약 300° F (148° C)의 더 높은 인화점을 가지고 있습니다.

미국에서는 상용 트럭과 시영 버스의 80% 이상이 디젤로 구동됩니다. 2004년부터 2005년까지 미국의 신흥 바이오 디젤 시장은 200% 성장한 것으로 추정됩니다. 2006 년 말까지 바이오 디젤 생산량은 3배 (2004년 기준)가 10억 갤런 (380,000 세제곱미터) 이상으로 증가한 것으로 추정됩니다.

프랑스에서는 프랑스 디젤 차량이 사용하는 연료의 8%에 바이오 디젤이 포함되어 있습니다. Avril Lavigne Group은 매년 EU에서 소비되는 1,100만 톤의 바이오 디젤 중 5분의 1인 Diester 상표로 생산합니다. 유럽의 선도적인 바이오 디젤 생산 업체입니다.

1, 2, 3 또는 4세대 바이오 연료 생산 공정은 다음과 같은 연료를 생산하는 데 사용될 수 있습니다. 대부분은 2 ~ 3개의 서로 다른 바이오 연료 생성 공정을 사용하여 제조할 수도 있습니다.

바이오가스

바이오 가스는 유기물의 혐기성 소화 과정에서 생성되는 메탄을 말합니다. 가스 생산은 혐기성 소화 조에 공급되는 생분해성 폐기물 또는 에너지 작물로 보충될 수 있습니다. 소화 제품은 바이오 연료 또는 비료로 사용할 수 있는 고체 부산물입니다.

바이오 가스는 기계적 생물학적 처리 폐기물 처리 시스템에서 회수할 수 있습니다. 매립지에서 자연적으로 발생하는 혐기성 소화는 바이오 가스 청정 도가 낮은 매립지 가스를 생성합니다. 대기로 탈출하는 것은 잠재적인 온실 가스가 될 것입니다.

농부들은 혐기성 소화기를 사용하여 젖소 분뇨에서 바이오 가스를 생산할 수 있습니다.

합성가스

단일 가스는 일산화탄소, 수소 및 기타 탄화수소의 혼합물로, 바이오 매스의 부분 연소, 즉 바이오 매스를 이산화탄소와 물로 완전히 전환하기에는 산소 함량이 충분하지 않을 때 생성됩니다. 부분 연소 전에 바이오 매스는 건조되어 열분해를 일으킵니다. 합성 가스는 원료 바이오 연료를 직접 연소하는 것보다 더 효율적입니다. 연료에 포함된 대부분 에너지가 추출됩니다.

내연 기관, 터빈 또는 고온 연료 전지에서 직접 연소할 수 있습니다. 목재 연료 가스화 반응기로 목재 가스 발생기는 내연 기관에 연결할 수 있습니다.

합성 가스는 메탄올, 다이메틸에테르 및 수소를 만드는 데 사용할 수 있으며 Fischer-Tropsch 공정을 통해 디젤 대체물로 전환하거나 휘발유와 혼합할 수 있습니다. 기화는 일반적으로 700° C를 초과하는 온도에 따라 달라집니다.

바이오 숯 공동 생산에는 저온 가스화가 필요하지만, 타르에 의해 오염된 새로운 가스입니다.

에탄올

생물학적으로 생성된 알코올, 가장 일반적인 에탄올, 덜 일반적인 프로판올 및 뷰탄올은 설탕 또는 전분 (가장 단순한 것) 또는 셀룰로스 (가장 어려운 것)의 발효를 통해 미생물과 효소의 작용으로 생성됩니다. 사람들은 일반적으로 바이오 부탄올 (바이오 휘발유라고도 함)이 휘발유 엔진에 직접 사용될 수 있기 때문에 휘발유를 직접 대체할 수 있다고 주장합니다.

에탄올 연료는 특히 브라질에서 세계에서 가장 흔한 바이오 연료입니다. 알코올 연료는 전분에서 추출한 설탕이나 설탕을 발효시켜 만들어지며, 이러한 설탕이나 설탕은 밀, 옥수수, 사탕무, 사탕수수, 당밀, 위스키 (감자 또는 과일 찌꺼기 등)와 같은 알코올성 음료로 만들 수 있습니다. 에탄올을 만드는 방법은 효소 소화 (저장된 전분에서 당을 방출하기 위해), 발효, 증류 및 건조입니다. 증류 과정에는 많은 에너지가 필요합니다 (때로는 지속 불가능한 천연가스 및 화석 연료이지만 사탕수수에서 추출한 주스에서 남은 바 가스와 같은 셀룰로스 바이오 매스는 브라질에서 가장 일반적인 연료입니다. 펠레, 우드 칩 및 폐열은 브라질에서 가장 흔합니다. 일반 연료 폐 증기 연료 에탄올 공장-이 공장의 폐열은 지역난방 네트워크에서도 사용됩니다.

에탄올은 휘발유 엔진의 가솔린 ??대신 사용할 수 있으며 휘발유와 몇 퍼센트까지 혼합될 수 있습니다. 대부분의 기존 자동차 휘발유 엔진은 최대 15%의 바이오 에탄올과 석유 휘발유를 혼합하여 작동할 수 있습니다. 에탄올은 휘발유보다 에너지 밀도가 낮아서 같은 양의 작업을 수행하려면 더 많은 연료 (부피 및 질량)가 필요합니다. 이것이 에탄올의 장점입니다. CH3CH2OH의 옥탄가는 노변 주유소에서 판매되는 무 에탄올 휘발유보다 높으며 엔진의 압축비를 높여 열효율을 향상할 수 있습니다. 일부 주에서는 대기 오염 배출량을 줄이기 위해 겨울철에 산화제로 휘발유와 에탄올을 혼합해야 합니다.

에탄올은 바이오 에탄올 벽난로의 연료로도 사용됩니다. 굴뚝이 없는 새 주택과 아파트는 바이오 에탄올은 굴뚝이 필요 없고 "무연"이기 때문에 화재 진압에 매우 편리합니다. 이 벽난로의 단점은 전기 또는 가스 화재보다 열이 드물게 발생하고 일산화탄소에 중독되지 않도록 주의해야 한다는 것입니다.

옥수수 에탄올과 같은 식량 재고는 셀룰로스 에탄올의 개발로 이어지고 있습니다. 미국 에너지부의 공동 연구 프로젝트에 따르면 셀룰로스 기반 에탄올, 옥수수 에탄올 및 휘발유의 화석 에너지 비율 (FER)은 각각 10.3, 1.36 및 0.81입니다.

휘발유와 비교할 때 부피당 에탄올의 에너지 함량은 약 1/3입니다.

1세대 바이오 연료

1 세대 또는 기존 바이오 연료는 경작지에서 재배된 식용 작물로 만든 바이오 연료입니다. 이 바이오 연료를 생산함으로써 식량 작물은 연료 생산을 위해 명시적으로 재배됩니다. 작물에서 얻을 수 있는 설탕, 전분 및 식물성 기름은 에스터 교환 또는 효모 발효를 통해 바이오 디젤 또는 에탄올로 전환됩니다.

2세대 바이오 연료

2세대 바이오 연료는 다양한 바이오 매스에서 생산되는 연료입니다. 바이오 매스는 탄소 순환 일부로 유기 탄소 공급원을 빠르게 재생하는 것을 나타내는 광범위한 용어입니다. 바이오 매스는 식물 재료에서 파생되지만, 동물 재료도 포함할 수 있습니다.

1 세대 바이오 연료는 작물에 함유된 설탕과 식물성 기름으로 만들어지며 2세대 바이오 연료는 리그 노 셀룰로스 바이오 매스 또는 목질 작물, 농업 잔류물 또는 폐기물 (식용 목적을 달성 한 식용 작물)로 만들어집니다. 생산. 있다. 2세대 바이오 연료를 생산하는 데 사용되는 원료는 경작지에서 재배되지만, 실제 작물 (주 작물)의 부산물이거나 효과적으로 식량 작물을 재배하는 데 사용할 수 없는 토지에서 필요한 예도 있습니다. 여분의 물이나 비료. 사용하지 못할 수 있습니다. 비인간 식품에는 풀, 자트로파, 기타 종자 작물, 폐 식물성 기름 및 도시 고형 폐기물이 포함됩니다.

여기에는 장단점이 모두 있습니다. 장점은 일반 식량 작물과 달리 경작지가 연료 생산에만 사용되는 것이 아니라는 것입니다. 단점은 일반 작물과 달리 연료 추출이 어렵다는 것입니다. 예를 들어, 리그 노 셀룰로스 바이오 매스를 수송에 적합한 액체 연료로 전환하기 위해 일련의 물리적 및 화학적 처리가 필요할 수 있습니다.

3세대 바이오 연료

1978 년부터 1996년까지 USNREL은 소생 종 프로그램을 위한 바이오 연료로 조류를 사용하여 실험을 수행했습니다. UNA Biofuel Group의 Michael Briggs가 자체 발행한 논문은 모든 차량 연료를 바이오 연료로 대체하는 현실적인 추정치를 제공합니다. Briggs는 천연 기름이 50% 이상 포함된 조류를 사용함으로써 이 추정치는 배수 시설의 조류 연못에서 자랄 수 있다고 말했습니다. 이 기름이 풍부한 조류는 시스템에서 추출되어 바이오 연료로 처리되고 나머지는 에탄올을 생산하기 위해 재처리됩니다. 바이오 연료유 수확을 위한 조류 생산은 아직 상업적 규모에 이르지 못했지만, 위의 추정치를 달성하기 위해 타당성 조사가 진행되고 있습니다. 예상되는 높은 수확량 외에도, 조류 양식은 작물 바이오 연료와 달리 양식장이나 담수가 필요하지 않기 때문에 식량 생산 감소를 포함하지 않습니다. 많은 회사가 상업용 바이오 연료 생산 확대와 같은 다양한 목적으로 조류 생물 반응기를 추구합니다. 로드리고 E입니다. 앨라배마 한스빌 대학의 Teixeira는 이온성 액체를 사용하여 습식 조류에서 바이오 연료 지질을 추출하는 간단하고 경제적인 방법을 시연했습니다.

4세대 바이오 연료

3세대 바이오 연료와 마찬가지로 4세대 바이오 연료는 경작할 수 없는 토지를 사용하여 만들어집니다. 그러나 3세대 바이오 연료와 달리 바이오 매스를 파괴할 필요가 없습니다. 이 세분화의 바이오 연료에는 전기 연료와 광 생물 태양 에너지가 포함됩니다. 이러한 연료 중 일부는 탄소 중립입니다.