과학을 과학하다

바이오연료란?

바이오 연료는 화석 연료 (석유와 같은) 형성 과정에서 매우 느린 지질 학적 과정을 통해 생산되는 연료가 아니라 현대 공정에서 바이오 매스에서 생산되는 연료입니다. 바이오 매스는 기술적으로 직접 연료로 사용될 수 있기 때문에 일부 사람들은 바이오 매스와 바이오 연료라는 용어를 같은 의미로 사용할 수 있습니다. 그런데 많은 경우에 바이오 매스라는 용어는 단순히 연료를 만드는 데 사용되는 생물학적 원료 또는 토 피나 연탄과 같은 열화학적으로 변형된 고체 최종 제품을 지칭합니다. 바이오 연료라는 용어는 일반적으로 운송에 사용되는 액체 또는 기체 연료를 위해 예약되어 있습니다. 미국 에너지 정보국 (EIA) 은이 명명 규칙을 따릅니다. 바이오 연료를 생산하는 데 사용되는 바이오 매스가 빠르게 재생될 수 있다면 일반적으로 연료는 재생 가능 에너지원으로 간주합니다.

바이오 연료는 식물 (에너지 작물) 또는 농업, 상업, 가정 또는 산업 폐기물 (폐기물이 생물학적 기원인 경우)에서 만들 수 있습니다. 일반적으로 재생 가능한 바이오 연료는 광합성을 통해 식물이나 미세 조류에서 생성되는 탄소와 같은 현대적인 탄소 고정을 포함합니다.

일부 사람들은 모든 바이오 매스 작물이 탄소를 어느 정도 격리하기 때문에 바이오 연료가 탄소 중립적 일 수 있다고 생각합니다. 기본적으로 모든 작물은 이산화탄소를 육상 순환에서 뿌리와 주변 토양의 지하 저장소로 이동시킵니다. . 이동. 예를 들어, McCarmont 등은 Miscanthus x giganteus 에너지 작물 아래 토양의 지하 탄소 저장량이 헥타르 당 0.42 ~ 3.8톤이며, 평균 축적률은 1.84톤 (연간 0.74톤)으로 총 연간 수확량을 설명합니다.

그러나 정의에 따르면, 바이오 연료가 탄소 중립적이라는 단순한 제안은 특정 바이오 연료 프로젝트는 탄소 중립적이라는 것입니다. 보상해야 할 것이 아니라 미묘한 인용문으로 대체되었습니다. 여기에는 직접 또는 간접 토지 사용 변화 때문인 배출이 포함됩니다. 이러한 요구를 고려할 때 많은 1세대 바이오 연료 프로젝트는 탄소 중립이 아닙니다. 일부 화석 기반 대안보다 일부는 총 온실가스 배출량이 더 높습니다.

탄소 중립 또는 음성, 특히 다년생 작물도 있습니다. 격리된 탄소의 양과 방출된 온실가스 (GHB)의 양은 바이오 연료 프로젝트의 전체 온실가스 수명주기 비용이 정확한지, 중립적인지 또는 부정적인지를 결정합니다. 총 지상 배출량이 지상에 보충된 총 수명주기 온실가스 배출량보다 많으면 탄소 수명주기가 가능합니다. 즉, 탄소 중립을 달성하기 위해서는 크고 작은 배출이 있어야 합니다.

따라서 고수익 에너지 작물은 탄소 중립을 위한 최상의 후보입니다. 오른쪽 그림은 CO2 값이 음수인 두 Miscanthus x giganteus의 경로를 보여줍니다. 이것은 메가 줄당 변환된 CO2의 양입니다. 노란색 그래프는 평균값을 나타냅니다. 또한, 킬레이트 화에 가장 적합한 토양은 탄소 함량이 낮은 토양이므로 킬레이트 화의 성공 여부는 식재 위치에 달려 있습니다. 그래프에 표시된 다양한 결과는 이 사실을 강조합니다. 영국에서는 수확량이 감소하고 이미 많은 양의 탄소가 포함된 토양 (기존 산림지)으로 인해 킬레이트 화가 영국과 웨일스의 대부분 농지에서 성공할 것으로 예상하며 스코틀랜드 일부 지역에서는 실패할 것으로 예상합니다. 이미 탄소가 풍부한 토양에는 이탄 지대 또는 성숙한 숲이 포함됩니다. 초원은 또한 탄소가 풍부한 지역이므로 Milder와 다른 사람들은 영국에서 가장 성공적인 탄소 격리 활동이 개선된 초원에서 수행되고 있다고 믿습니다. 아래 그림은 관련 수명주기 온실가스 배출량을 수정하는 데 필요한 예상 양을 보여줍니다. 양이 많을수록 이산화탄소는 더 음수입니다.

바이오 연료에는 바이오 에탄올과 바이오 디젤의 두 가지 유형이 있습니다.

바이오 에탄올은 발효로 생산되는 알코올로, 대부분 설탕이나 옥수수, 사탕수수, 소나무와 같은 전분 작물로 만든 탄수화물로 만들어집니다. 셀룰로스 기반 바이오 매스는 나무와 풀과 같은 비 식량 공급원에서 파생되며 에탄올 생산을 위한 원료로도 개발되고 있습니다. 에탄올은 순수한 형태 (E100)로 차량 연료로 사용할 수 있지만, 일반적으로 옥탄가를 높이고 차량 배기가스를 개선하기 위해 가솔린 첨가제로 사용됩니다. 바이오 에탄올은 미국과 브라질에서 널리 사용됩니다.

바이오 디젤은 에스테르 교환 반응을 통해 지방과 기름에서 생산되며 유럽에서 가장 일반적인 바이오 연료입니다. 순수한 형태 (B100)로 차량용 연료로 사용할 수 있지만, 일반적으로 디젤 차량의 미립자, 일산화탄소 및 탄화수소 함량을 줄이기 위해 디젤 연료 첨가제로 사용됩니다.

혐기성 소화는

미생물이 혐기성 조건에서 분해성 물질을 분해하는 일련의 과정입니다. 이 프로세스는 산업 또는 가정용으로 폐기물을 관리하거나 연료를 생산하는 데 사용됩니다. 가정 발효와 마찬가지로 식품 생산 산업에서 사용되는 대부분의 발효는 혐기성 소화를 사용합니다.

혐기성 소화는 특정 토양, 호수 또는 해양 유역의 퇴적물에서 자연적으로 발생하며 종종 "혐기성 활동"이라고 합니다. 이것은 1776년 알렉산드로 볼트가 발견한 습지 메탄가스 원입니다.

소화 과정은 주입된 물질의 박테리아 가수 분해로 시작됩니다. 탄수화물과 같은 불용성 유기 고분자는 다른 박테리아가 사용할 수 있는 가용성 유도체로 분해됩니다. 그런 다음 산성 박테리아는 당과 아미노산을 이산화탄소, 수소, 암모니아 및 유기산으로 전환합니다. 아세트산을 생산하는 과정에서 박테리아는 이러한 유기산을 다른 암모니아, 수소 및 이산화탄소와 함께 아세트산으로 전환합니다. 마지막으로 메탄 생성물은 메탄과 이산화탄소로 전환됩니다. 메탄 생성 생물학적 고생물학은 혐기성 폐수 처리에서 중요한 역할을 합니다.

혐기성 소화는 생분해성 폐기물 또는 하수 찌꺼기 처리 공정의 일부로 사용됩니다. 통합 폐기물 관리 시스템의 일부로서 혐기성 소화는 매립지 가스 배출을 대기로 줄일 수 있습니다. 또한, 혐기성 소화 조에 옥수수와 같은 특정 목적을 위한 에너지 작물을 제공할 수 있습니다.

혐기성 소화는 재생 가능한 에너지원으로 널리 사용됩니다. 이 공정에서 생산되는 바이오 가스는 미량의 메탄, 이산화탄소 및 기타 "오염"가스로 구성됩니다. 이 바이오 가스는 열과 동력을 결합한 가스 엔진으로 연료로 직접 사용할 수 있으며 천연가스 품질의 바이오 메탄으로 업그레이드할 수 있습니다. 영양가가 높은 소화액을 비료로 사용할 수 있습니다.

최근에는 혐기성 소화 방식이 신기술 도입으로 폐기물을 자원으로 재활용하여 자본 비용을 절감해 영국 (2011), 독일 (10), 덴마크 (2011) 등 많은 정부의 주목을 받고 있다.

교통에도 이용되는 바이오 가스

중앙 집중식 압축은 차량 운송에도 사용할 수 있습니다. 압축 바이오 가스는 스웨덴, 스위스 및 독일에서 널리 사용됩니다. 2005 년부터 "Biogas Train Amanda"라는 이름의 바이오 가스 동력 전달 장치가 스웨덴에서 운영되고 있습니다. 자동차에 동력을 공급하는 바이오 가스. 1974 년 영국 다큐멘터리 "견과류의 단맛"은 돼지 분뇨에서 바이오 가스를 생산하는 과정을 설명하고 맞춤형 내연 기관에 연료를 공급하는 방법을 보여주었습니다. 2007 년에는 약 12,000대의 자동차가 업그레이드된 바이오 가스를 사용하여 세계에 연료를 공급했으며, 대부분은 유럽에 있었습니다.

바이오 가스는 수분 및 응축 가스 (또는 공기) 범주 일부이며 기류에는 미스트 또는 미스트가 포함됩니다. 미스트 또는 미스트는 주로 수증기이며 전체 기류에서 파이프 또는 굴뚝의 측면에 응축됩니다. 바이오 가스 환경에는 폐수 소화기, 매립지 및 축산 작업 (가축 라 군용)이 있습니다.

초음파 유량계는 바이오 가스 분위기로 측정할 수 있는 몇 안 되는 장치 중 하나입니다. 압력 강하를 최소화하면서 바이오 가스 유량을 정확하게 감시할 수 있는 단점은 플러그인 열 질량 유량계입니다. 그러나 안정적인 고 유량 측정과 습기 때문인 연속 유량 피크로 대부분의 열 유량계는 신뢰할 수 있는 데이터를 제공할 수 없습니다. 나는 할 수 없다. 일일 온도 변동이나 계절적 온도 변동 때문에 흐름에서 발생하는 수분 변동에 대처할 수 있으며 흐름의 수분을 고려한 건조 가스값을 참조할 수 있습니다.

바이오 가스는 열과 전기를 생성합니다

바이오 가스는 GE Gen Buffer 및 Caterpillar 가스 엔진을 포함한 다양한 유형의 내연 기관에 사용할 수 있습니다. 가스 터빈과 같은 다른 내연 기관은 바이오 가스를 전기와 열로 변환하는 데 적합합니다. 소화액은 아직 바이오 가스로 전환되지 않은 나머지 미네랄이라고 할 수 있습니다. 농업용 비료로 사용할 수 있습니다.

바이오 가스는 농업 폐기물을 사용하여 바이오 가스를 생산하고 복합 화력 발전소에서 열과 전기를 공동으로 생산할 수 있는 시스템의 연료로 사용할 수 있습니다. 다른 친환경 에너지원 (예 : 풍력 또는 태양 에너지)과 달리 바이오 가스는 필요하면 신속하게 공급할 수 있습니다. 화석 연료 대신 바이오 가스를 연료로 사용하면 지구 온난화 가능성도 많이 줄어든다.

그러나 바이오 가스의 산성화 및 부영양화 가능성은 화석 연료에 대한 대안의 25배와 12배입니다. 이 효과는 원자재의 올바른 조합, 보관을 위한 소화기 덮개 사용, 탈출 경로 복원을 위한 개선된 기술로 완화될 수 있습니다. 전반적으로 화석 연료 대안보다 바이오 가스를 사용하면 대부분 영향을 많이 줄일 수 있음을 알 수 있습니다. 시스템을 도입할 때 환경 피해와 온실가스 배출 간의 균형을 고려해야 합니다.

바이오 가스의 응용

바이오 가스는 하수용 전기를 생산하는 데 사용할 수 있으며 엔진에서 나오는 열은 소화기 난방, 요리, 공간 난방, 온수 및 공정 난방에 편리하게 사용할 수 있습니다. 압축되면 차량 대신 압축된 천연가스를 사용할 수 있으며, 압축된 천연가스는 내연 기관이나 연료 전지에 연료를 제공할 수 있어 현장 열병합 발전소에서 기존 이산화탄소보다 더 효과적입니다.

업그레이드된 바이오 가스

소화로 생성되는 바이오 가스는 약 60% 메탄과 39% CO2입니다.

H2S : 기계에 적합하지 않습니다. H2S는 부식성이 있습니다. 그래서 메커니즘을 파괴하기에 충분합니다.

바이오 가스의 메탄은 바이오 가스 업어라 다를 통해 화석 천연가스와 같은 기준으로 농축될 수 있으며, 바이오 가스 자체는 정제를 통해 바이오 가스로 전환될 수 있습니다. 지역 천연가스 네트워크가 허용하는 경우 바이오 가스 생산자는 유통 네트워크를 사용할 수 있습니다. 가스는 파이프 라인의 품질을 달성하기 위해 매우 깨끗해야 하며 분배 네트워크가 수용할 수 있는 적절한 구성을 가져야 합니다. 이산화탄소, 물, 황화수소, 미립자가 있으면 제거해야 합니다.

물 세척, 압력 변동 흡수, 메탄올 흡수 및 아민 가스 처리의 네 가지 업어라드 방법이 제공됩니다. 또한, 바이오 가스를 업그레이드하기 위해 박막 분리 기술을 점점 더 많이 사용하고 있는 구미시는 많은 공장을 운영하고 있습니다.

가장 일반적인 방법은 이산화탄소와 기타 미량 원소를 정화하는 크로마토그래피 칼럼으로 고압가스를 흘려보낸 다음 가스로 다시 흐르는 물이 캐스케이드를 통해 흐릅니다. 이를 통해 제조업체는 98%의 메탄을 제공할 수 있으며 시스템의 메탄 손실이 최대 2% 임을 보장합니다. 바이오 가스 업그레이드 시스템을 운영하는 데 필요한 가스는 전체 에너지의 약 3-6%를 차지합니다.

바이오가스 그리드

가스 그리드 주입은 메탄가스 그리드 (천연 가스 그리드)에 바이오 가스를 주입하는 것입니다. 바이오 가스 발전소에서 생산되는 에너지 (열)의 2/3가 손실될 때까지. 그리드를 사용하여 천연가스를 사용자에게 전달하면 에너지를 현장 발전에 사용할 수 있으므로 에너지 운송이 손실됩니다. 일반적인 천연가스 전송 시스템의 에너지 손실은 1%부터 시작됩니다. 에너지 손실은 2%이고 전송 시스템은 5%부터 시작됩니다.

가스 그리드에 바이오 가스를 주입하기 전에 청소 과정을 거쳐 천연가스 품질로 업그레이드해야합니다. 청소 과정에서 공기 망의 유해 성분을 추적하여 최종 사용자의 문제를 제거합니다.

바이오 가스 생산

바이오 가스는 혐기성 호흡을 수행하는 미생물 (예 : 메탄 및 황산염 감소 박테리아)에 의해 생성됩니다. 바이오 가스는 천연가스와 산업용 가스를 말합니다.

자연적 발생

토양에서 메탄은 혐기성 구역 환경의 혐기성 박테리아에 의해 생성되며 메탄 구역의 영양소는 일반적으로 호기성 구역의 메탄을 소비합니다. 메탄 배출은 메탄 공급원의 균형이 잘 잡혀서 발생합니다. 습지 토양은 메탄의 주요 천연 공급원입니다. 다른 정보 출처로는 바다, 산림 토양, 흰개미 및 야생 반추 동물이 있습니다.

공업용 생산

산업용 바이오 가스를 제조하는 목적은 일반 연료용 바이오 메탄을 회수하는 것입니다. 또한, 산업용 바이오 가스를 생산합니다.

화학반응으로 생성되는 매립 가스 (LFG) 및 매립지의 미생물에 의해 분해되는 생분해성 폐기물 또는

소화된 가스는 혐기성 소화 조에서 생성됩니다.

바이오 가스 식물

바이오 가스 플랜트는 일반적으로 농업 폐기물 또는 에너지 작물을 처리하는 데 사용되는 혐기성 소화 조의 이름입니다. 혐기성 소화조 (구성이 다른 밀폐 저장 탱크)를 사용하여 제조할 수 있습니다. 이 공장은 옥수수 담근 먹이와 같은 에너지 작물과 하수 찌꺼기 및 음식물 쓰레기와 같은 생분해성 폐기물을 제공할 수 있습니다. 이 과정에서 미생물은 바이오 매스 폐기물을 소화를 위해 바이오 가스 (주로 메탄과 이산화탄소)로 전환합니다. 이 폐수를 유제품, 설탕 및 양조 산업의 다른 잔류물과 함께 소화하면 더 많은 바이오 가스가 생성됩니다. 예를 들어, 양조장 폐수의 90%가 젖소 유창의 10%와 혼합되어 있으며 바이오 가스의 생산량은 맥주 폐수에서 생산된 바이오 가스의 2.5배입니다.

주요 프로세스

온도와 관련된 매체의 고온성 분해와 고온성 분해의 두 가지 주요 프로세스가 있습니다. 짝 뱅크스의 알래스카 대학에서 실시한 실험적 연구에서 따뜻한 기후에서``알래스카 얼어붙은 호수 진흙 ''에서 수집한 저온 유동체를 사용하는 1,000 리터의 소화기가 소화기 배출량의 약 2030%를 차지했습니다. 200만 리터의 메탄이 생산되었습니다.

바이오가스의 위험성

바이오 가스에 의해 생성되는 대기 오염은 천연가스와 유사합니다. 독성 황화수소의 함량은 추가적인 위험을 초래하고 심각한 사고를 유발할 수 있습니다. 메탄은 강력한 온실가스기 때문에 불연성 메탄이 누출되는 것은 매우 위험합니다.

바이오 가스가 공기의 8 ~ 20부 비율로 일부 바이오 가스와 혼합되면 폭발합니다. 유지 보수를 위해 빈 바이오 가스 소화기에 들어갈 때 특별한 안전 조처를 해야 합니다. 바이오 가스 시스템은 폭발을 일으킬 수 있으므로 압력을 견디지 않는 것이 중요합니다. 너무 많은 가스가 제거되거나 누출되면 음압이 발생할 수 있으므로 압력계로 측정한 수주 1인치 미만의 압력에서 바이오 가스를 사용하지 마십시오.

바이오 가스 시스템은 자주 악취 검사가 필요합니다. 바이오 가스 냄새가 나면 즉시 문과 창문을 열어주세요. 화재가 발생하면 바이오 가스 시스템의 게이트 밸브를 사용하여 가스를 차단해야 합니다.