生物燃料:未来的燃料

文摘

生物燃料是从生物质燃料生产(植物或动物材料)。虽然生物燃料中存在固态、液态和气态的形式,但它通常是指液体生物燃料作为汽车燃料使用而设计的。它可以来自农作物,粮食作物(甘蔗和手掌)或特殊的能源作物,林业、农业甚至从渔业产品和有机废物少得多的时间。

关键字

生化精炼、气化、酯交换、生物柴油、农业

介绍

生物燃料是来自生物燃料或有机物质,如植物,糖蜜,动物脂肪,油,用废弃油脂,甚至海藻(1]。这些是可再生液体燃料;他们可以很容易地重用和替换在很短的时间2]。可再生能源不总是需要“绿色”;生物燃料是可再生能源,但他们并非总是绿色即环保3]。我们人类从古代一直在使用化石燃料,当煤用于各种目的。最终的化石燃料储备将被耗尽,我们就会走向另一种选择。替代方法是生物燃料(4]。生物燃料被认为是作为1970年代。上升到2000年代,生物燃料的使用由各种政策支持引入方便使用,在不同的国家,如巴西、美国和欧洲(5]。然而,在世界粮食价格,使用生物燃料减少和他们的政策支持撤销。但由于他们的潜力和不足的证据,证明他们对食品价格的影响,并迫切希望解决环境危机,他们一定会看到他们的使用在未来的几十年里急剧上升为例,欧洲已经决定,到2020年,10%的总能量或运输燃料应该来自生物燃料(6,7]。

生物燃料的生产方法

生物燃料生产的过程涉及生物质然后精炼材料分解成生物燃料(8]。

以下是一些方法广泛用于生物燃料的生产:

生物化学精炼

这是一个过程酶是用来分解生物质原料简单的糖。后来微生物的作用将这些糖转化为生物燃料(9]。这里利用发酵的过程。这个方法是最通常申请乙醇生产,非常类似于啤酒是怎样制成的10]。随着越来越多的研究正在进行,它将可以生产生物燃料使用的结构组件的植物细胞像纤维素代替糖11]。

热化学精炼

该方法利用热生物燃料发电。在这种方法中高温应用于生物质导致其分解。热引起的解放氧气从生物质材料和生物质转化“生物柴油”石油然后精制生产生物燃料(12]。

气化

生产生物燃料的另一个方法是通过气体的生物质,通过过程称为热化学气化或直接气化。极端高温,在厌氧条件下热化学精炼一样。这使生物质转化为气体称为“合成气”。这种气体,通过各种化学过程,然后转化为生物燃料的不同(13,14]。

酯交换

生物柴油是由通常通过酯交换的方法。它通常是通过混合酒精,甲醇,与石油、植物油等通常像菜籽油和大豆油,像动物脂肪或脂肪。酒精分解甘油三酯酯;甲基、乙基酯生物柴油(15,16]。

生物燃料可分为初级和二级燃料基于处理(17]。主要生物燃料,用于一种未经提炼的形式(18]。而二级生物燃料是由使用植物或动物材料,包括液体生物燃料(19]。

一代又一代的生物燃料

基于生物燃料原料分为三代。原料是生物燃料的原料;它可以是植物,或从农业剩余,动物脂肪,烹饪油脂等原料现在称为“生物质”[20.]。

第一代生物燃料

基于第一代生物燃料作物的燃料;他们使用植物生物量(21]。各种植物,最常见的大豆、向日葵、甘蔗、谷物、木薯等。这些依赖燃料存储在植物中的糖和淀粉生成这些现在已经应用了很长一段时间(22]。因为他们使用植物而不是浪费或剩饭,引起严重的环境和伦理问题,与食品的利益冲突和土地用于农业(23]。乙醇,原料包括玉米、甘蔗、玉米、大豆等,对生物柴油和油菜(使用24,25]。

第二代生物燃料

第二代生物燃料“先进生物燃料”,利用等非传统原料种植麻疯树,或者是浪费和剩菜从农业或其他植物(26]。这些利用纤维素或纤维素,植物细胞的结构分子,生物燃料的生产(27]。他们不太关注相比,第一代生物燃料;但即使仍冲突发生在一些植物用于化妆品和非农业用途是用于制造生物燃料28]。secondgeneration生物燃料仍在研究,尚未产生大规模的基础上(29日]。

第三代生物燃料

藻类为基础的生物燃料是第三代生物燃料。使用藻类生产生物燃料的一个明显的优势是,源即藻类完全是除了作物或非农业原料,这是一个关心他人的一代又一代的生物燃料(30.]。海藻还收益率更高的生物燃料在要求更少的输入,输出也使用藻类生物燃料生产的明显的好处。海藻油含量远远大于植物,通常用作原料(31日]。

第四代生物燃料

它产生可持续的能源,还捕获和储存二氧化碳的一种方式。他们可以在任何地方,二氧化碳和水存在于足够的浓度(32- - - - - -34]。

类型的生物燃料

生物乙醇

生物乙醇是一种最重要的可再生燃料,因为经济和环境效益35]。生物乙醇作为替代汽车燃料的使用全世界一直在增加。预期的环境损害如全球变暖、酸雨和城市烟雾的主要担忧是说服我们减少碳排放和转向利用各种可再生能源资源,如太阳能、风能、生物燃料等,以可持续的方式不太对环境有害36]。生物燃料乙醇是一种有效的选择。乙醇是清洁的燃烧(因为它包含氧气),因此它认识到作为一个潜在的生物燃料替代汽油37]。准备从糖玉米等谷物,汽油与乙醇混合后和商业销售。几乎所有在美国销售的汽油10%乙醇,和被称为E1038]。

生化丁醇

生化丁醇从淀粉发酵生产,安倍的副产品发酵过程由acetobutylicum[梭状芽胞杆菌39- - - - - -41]。它可以与化石燃料混合或可以直接使用汽车42]。

Biomethanol

目前它是由天然气,但也是由气化生物质(43]。它涉及到原材料在高温蒸发去除杂质,然后通过它通过催化剂将它转化为甲醇(44]。

生物柴油

Tran的沙漠化产生的是植物油中的脂肪酸如油菜籽、向日葵和棕榈油(15,45,46]。转换植物油的快餐连锁店麦当劳变成生物柴油是其使用的一个例子47]。

沼气

厌氧消化或气化生物质热解产生的沼气等过程(48,49]。能源作物和有机废物产生更高的收益率(50]。

Bio-hydrogen

生物氢可以通过热解、气化或生物发酵暗发酵或photofermentaion用细菌(51- - - - - -53]。虽然photofermentaion发生在光的存在(54]。但是,两个过程有较低的生产力55]。

新配方汽油组件

大多数新配方汽油组件是燃料添加剂用于减少污染,如甲基叔丁基醚(MTBE)和乙基叔丁基醚(ETBE) [56,57]。

生物燃料的优势

成本

生物燃料比汽油便宜的成本和其他化石燃料。事实上,乙醇已经比柴油和汽油便宜(58]。

源材料

可以生成生物燃料从范围广泛的材料包括作物废料、肥料和其他副产品(59]。

提高

可以容易地可再生生物燃料的新作物生长和废弃物收集(60]。

工作机会

生物燃料制造工厂可以雇用许多工人,创造新的就业机会在农村地区(19]。

低碳的释放

燃烧生物燃料生产不妙的是更少的二氧化碳,因此更少的损害大气和降低空气污染61年]。

容易提取

我们都知道汽油从地面的化石燃料。化石燃料将在不久的将来。但在生物燃料的情况下很容易提取和纯化容易(62年]。

降低外国燃料需求

大多数国家缺乏化石燃料,所以他们被迫要求其他国家的化石燃料。燃料的价格高得多,因此影响他们的经济价值。替代能源减少对化石燃料依赖外国需求(1,63年]。

生物燃料的缺点

能量输出

生物燃料产量低能量输出。因此需要消耗大量为了产生相同的能量水平(64年]。没有使用生物燃料转化为乙醇而不是电(65年]。

碳排放

虽然生物燃料不会添加碳向大气中释放但生产过程包括种植机械增加的碳量(66年]。

高成本

提炼生物燃料需要高投资使得生产成本(67年]。

粮食短缺

利用农田种植燃料作物可能导致粮食短缺(68年]。生物燃料从农作物中提取的含有大量的糖。此外,他们中的大多数用作食物。动物的废弃物是最好的营养土,但如果我们使用废物和大部分的生物燃料作物可能导致短缺和可能对食品通胀的根源之一。这一切后果施压生长的作物(69年]。

水的利用

需要大量的水种植生物燃料作物的水资源压力也可能导致更多的水污染70年]。

轮作

由于要求同一作物的农民每年生产相同作物。这似乎吸引经济但种植同一作物减少土壤的养分。农民关注朝着单一,减少变化(71年]。

环境影响

正如前面提到的,作物轮作导致减少土壤养分,所以农民使用不同的肥料。肥料含有氮和磷。这些都冲走了从土壤和污染环境72年]。

生物燃料市场上

目前,乙醇和生物柴油从淀粉最商业化使用的生物燃料生产73年]。全球生物燃料的生产在2010年达到1050亿升,比前一年增加了17% (74年]。2010年生产的乙醇总量为860亿升,其中90%是由巴西和美国75年]。全球生物燃料产量在2016年上升了2.6%,低于14.1%的10年平均水平,但比2015年(0.4%)(74年]。

对生物燃料的原料

玉米

乙醇在世界范围内的大部分来源于玉米通常和美国玉米修剪尤其是[74年]。到2012年,超过40%的玉米作物在美国交付。年代是用于生产乙醇(75年]。因为乙醇是同样的酒饮料,关键要注意并不是所有用于燃料乙醇。在2013年的360亿加仑的生物燃料在美国交付。的150亿年代,在权力包含谷物乙醇(同样包括玉米)(74年]。

优点

•玉米已经收集了相当长一段时间,有一个强有力的框架正式动态种植,收获产品,然后准备他们(76年]。

•间接到利用成本不产生影响,对于玉米(77年]。

•将玉米淀粉转化为乙醇的过程通常是简单的(78年]。

•乙醇可以创建不可用部分的玉米,以及秸秆,玉米等(76年]。

•以玉米为原料的生物燃料可以取代约25%的气体吞噬。年代(79年]。

缺点

•与其他相比,更有效的原料辅料,玉米的生物燃料的产量是一个小350加仑/部分的土地都被认为是[80年]。

•准备昂贵的玉米和确保它对缺陷,与不同的产品。同样,这个构建的危险污染的泥土和水地区收获了(81年]。

•支持使用玉米作物为食物成本和扩大世界向往的速度(82年]。

•玉米乙醇有很少积极活力产量约1.2 (83年]。

甘蔗

至此,糖棒是世界的根本源泉乙醇,由于其优势在巴西84年]。巴西是世界上最好的酒燃料制造商,在美国拿起无比的质量领域(85年]。在1970年代,巴西石油禁令的目的是使国家的先驱基于swing糖棒乙醇燃料供应需求。现在,巴西汽车保持运行在不低于22%混合的乙醇气体,然而民众同样可以购买100%纯粹的乙醇(86年]。每年巴西创建一个正常的50亿加仑(180亿升)的乙醇(87年]。

优点

•是玉米的情况,收获的基础甘蔗种植和准备(除了)刚刚设置(88年]。

•或甘蔗种植园大小不改变,因为通常没有土地利用成本建立甘蔗(89年]。

•甘蔗作物产量更高的燃料(650加仑/部分的土地)(90年]。

•产品的实例没有建立土地利用成本,公司的水平₂蔗糖乙醇的排泄物感到是低于90%的燃料(91年]。

缺点

•净活力甘蔗产量普遍较低(尽管它是高于玉米)(92年]。

•甘蔗不能像其他原料作物,因为它广泛开发需要一定的大气条件(93年]。

•在许多南部和中美洲国家,甘蔗是主食营养;利用它对燃料排气生计资产(94年]。

•所有事情,甘蔗是另外不是多才多艺的收获生物燃料。在开发这个设计是适当的在巴西和几个不同的国家,它不能用来给整个世界[活力95年]。

大豆

虽然玉米和甘蔗特定收成温和一些的地区,大豆通常开发营养在亚洲,南美,北美96年]。美国占全球大豆的32%生成和世界第二大制造商是巴西(28%)(97年]。

优点

•大豆可以在许多地方广泛开发(98年]。

•作物低支持,对于准备和不同的需求(99年]。

缺点

•大豆作物最减少产量在所有原料作物生物量:接近70加仑/部分的土地(很近10倍低于一些第二时代生物燃料作物)(One hundred.]。

•大豆作物的净活力收益率是负的(即他们需要更多的生命力发展比他们创造的活力)(101年]。

•大豆是一个值得注意的食物源的每一个领域的现在正在开发16]。

•虽然不难跟上,大豆作为一个产品有点倾向于扩散和感染(102年]。

•向一天结束的时候,大豆是最穷的对比选择提供自然生物燃料的质量(103年]。

植物油

奇怪的是,视的程序是推断,植物油可以被作为第一和年龄的生物燃料。在点的时候“处女”油,即创建直接从蔬菜,它属于原始的分类;利用地沟油,这是一个时刻年龄燃料(104年]。

优点

•除了很难改变燃料(105年]。

•因为它可以从一个广泛的各种各样的蔬菜,可以访问所有通过世界(106年]。

•在大多数情况下,它可以利用直接在柴油发动机,没有等待被改变过(107年]。

缺点

植物油是真实的营养主食广泛(108年]。

•在一些情况下,它需要更改,因为使用它会导致碳。因而,可以伤害柴油发动机(109年]。

•老开发林地的森林砍伐,记住最终目标取代用棕榈树的石油开发,造成了巨大的生物多样性问题,而且扩大碳流出水平(110年]。

经过漫长的时间,很少有其他营养作物利用作为生物燃料的原料。这些将小麦、甜菜、花生、油菜籽、和许多其他111年]。尽管如此,他们都摇摇欲坠到一个类似的问题:它们都是重要的食物产量和利用燃料疲惫不堪的进化的生活方式。

生物燃料的影响

生物燃料,虽然是有益的,仍然是一个问题对于研究人员,决策者,最终用户。这场辩论是他们是否任何比化石燃料(112年]。相信生物燃料更少的威胁环境中较低温室气体排放,目前尚不清楚。同样,这是一个神话,它们更便宜比传统化石燃料;事实上,他们并不113年]。

一些生物燃料造成的影响如下:

对食品及其价格的影响

生物燃料被认为影响食物通过增加他们的价格(114年]。这是通过两种方式;利用粮食作物生产生物燃料或指导土地利用变化对非农业生产原料生成生物燃料(99年,115年]。然而,研究分析食品价格上涨之间的相关性和生物燃料生产一样值得信赖的或可靠的他们没有,而是技术报告发表在同行评议期刊,没有这样的研究证明了两者之间的关系在2011年涨价期间(116年]。

影响种植的土地

来自生物燃料的问题是生物燃料生产的土地置换(117年]。这可能发生在两个方面;要么从作物土地流离失所non-feedstock作物如水稻作物用作饲料股票或将森林的土地用于生物燃料生产(118年- - - - - -120年]。几项研究进行分析这个问题,但没有一个能够正确地审视生物燃料对土地供应的影响;因为它们是偏见或必要时不考虑不同约束或变量在评估的效果。

对生物多样性的影响

生物燃料生产影响生物多样性生态利用土地的生产原料(121年]。由于大部分的原料作物需要热带气候,种植会导致其他领域如热带雨林被转化为热带地区(122年]。一个例子是马来西亚;的棕榈油种植原料取代了天然森林和多样性123年]。在印尼发生了类似。甚至农作物栽培原料现在被列为入侵物种通过某些国家比如南非现在认为麻疯树作为一个(124年,125年]。

对温室气体排放的影响

考虑生物燃料,他们有较低的温室气体排放126年]。只有这样如果我们排除的温室气体排放破坏的土地为原料生产(127年]。例如,经合组织给了一个近似,甘蔗乙醇比汽油能源机构削减温室气体排放量90%认为纤维素原料也可以减少70%的温室气体排放-90%128年- - - - - -130年]。

结论

随着时间的推移接管市场,因为他们的生物燃料环保性质和廉价的生产。因为生物燃料生产的植物多糖二氧化碳不会增加当使用生物燃料(燃烧),指碳中立的概念。生物燃料可以有利于我们适当的研究进行了分析和识别相关的问题和关注;然后毁掉这些问题。我们不能依赖于化石燃料作为他们最终会耗尽,他们对我们的环境造成严重关切。最终我们需要可再生能源如生物燃料。

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