Голямо сравнение от дърво към бензин, изкопаеми и възобновяеми горива - Уотсън
Все още живеем в ерата на изкопаемите горива: ние покриваме четири пети от световното потребление на енергия с нефт, газ и въглища. В сравнение с изкопаемите горива възобновяемите енергийни източници все още съществуват в ниша. Това е проблематично не само поради ограничените изкопаеми ресурси, но още повече поради техния решаващ принос за глобалното затопляне.
Този принос обаче не е еднакъв за различните изкопаеми горива, а емисиите на CO2 могат да възникнат и при възобновяемите горива. Този преглед показва предимствата и недостатъците на различните горива.
Емисиите на CO2 са особено високи в електроцентралите, работещи с въглища. Изображение: Shutterstock
Горива и горива
Използваме енергията, съхранявана в тези енергийни носители, като ги изгаряме. В зависимост от предназначението се говори за Горива - ако е за Термална енергия работи като отопление - или от Горива, ако механична енергия се използва например за задвижване на машина. Терминът често се използва за това гориво.
Изкопаеми енергийни източници
Изкопаемите горива се състоят от останки от мъртви живи същества, които са живели много отдавна. Твърдите въглища, например, най-старата от тези суровини, се произвеждат от растения, растящи в блатните гори на Карбоновите и Пермските планини преди 350 до 280 милиона години. Останките им се трупат, за да образуват дебели слоеве утайки, от които в дълъг процес се образуват въглищни пластове. Лигнитът също се е образувал по този начин, но само преди 65 до 2 милиона години. Нефтът и природният газ също са органични остатъци, които се състоят главно от планктон.
Образувано преди милиони години: въглищен пласт. Изображение: Shutterstock
Както и преди, постоянно се образуват нови находища, разбира се до такава малка степен, че изкопаемите ресурси трябва да се считат за ограничени. При изгаряне на изкопаеми горива CO2, който е бил отстранен от атмосферата от растежа на растенията преди милиони години, се изпуска обратно във въздуха.
Повече за изменението на климата:
въглища
Въглищата, особено каменните въглища, имат относително висока калоричност, въпреки че са по-ниски от тези на петрола. Не е необходимо суровината да се преработва в сложен процес и в момента се използва главно в електроцентралите за производство на електроенергия. Големи количества се използват и в производството на стомана. Електроцентралите, работещи с въглища, са с възможност за базов товар, което означава, че те могат да доставят енергия постоянно и надеждно.
Твърди въглища. Изображение: Shutterstock
Налични са най-големите запаси от това изкопаемо гориво в света: Ако се използват същите, се смята, че те ще продължат от 150 до 200 години. Но тъй като при изгарянето на въглища в атмосферата се отделя повече CO2, отколкото при петрол и природен газ, тези резерви не могат да се изразходват, в противен случай заплахата от климата заплашва. Понастоящем методите за улавяне и съхранение на парникови газове (CCS технология) са твърде скъпи.
Изгарянето на въглища не само отделя изключително голямо количество CO2. Серен диоксид (SO2) и азотни оксиди (NOx) също се произвеждат, особено с лигнитни въглища. Освен това в околната среда се отделят тежки метали и фин прах - в по-малки количества, дори когато се използват модерни системи за почистване на димни газове.
Повече за въглищата:
масло
Суровият нефт, извлечен от находищата, се преработва в рафинериите в гориво и горива, но също така и в суровини за химическата промишленост. Предимствата на суровия нефт включват много високата енергийна плътност и сравнително ниските производствени разходи (при конвенционалното производство). Освен това е лесен за транспортиране и може да се използва за производство на топлина, както и за производство на електроенергия и като гориво.
Когато суровият петрол се изгаря, както при въглищата, се отделя CO2, макар и в по-малка степен. Това се отнася и за пластмасите, произведени от нефт. Финансирането също е свързано с емисиите на CO2, в особено висока степен при методите за финансиране като фракинг. Друг недостатък се крие в крайния характер на този ресурс - развитието става все по-сложно и рисковано. Освен това има значителни находища в политически нестабилни региони.
Повече за петрола:
Отоплително масло
Отоплителното масло се произвежда от нефт и се предлага в различни класове. Тежкото отоплително масло обикновено съдържа повече сяра, която при изгаряне произвежда серен диоксид (SO2). В противен случай отоплителното масло основно изгаря, за да образува CO2 и водни пари. Емисиите на CO2 и замърсители не са толкова високи, колкото при въглищата, но са значително по-високи, отколкото при природния газ.
Резервоарите за отоплително масло заемат много място. Изображение: Wikimedia
Отоплителното масло се характеризира с много висока калоричност, но трябва да се произвежда сложно и да се десулфурира в рафинериите. Отнема и много място за съхранение. Друг недостатък на отоплителното масло е, че дори малки количества могат да направят голяма част от питейната вода негодна за консумация. Това може да се случи, например, ако резервоар за масло изтича и отоплителното масло прониква в земята.
бензин
Моторният бензин е смес от относително леки въглеводороди и има много висока калоричност и - в сравнение с други горива, рафинирани от суров нефт - ниски емисии на CO2 на kWh. Въпреки това, емисиите на CO2 също се генерират по време на производството от конвенционално получено масло; те са около 10 процента от тези, които се случват по време на изгаряне.
Бензинът за автомобили е важно гориво. Изображение: Shutterstock
Бензинът може да бъде оловен за увеличаване на октановото число и устойчивост на удар. Тъй като това води до допълнителни токсични емисии на отработени газове, в Швейцария има само безоловен бензин - с изключение на авиационното гориво. Въпреки това бензинът може да съдържа и смес до 10 процента етанол, който обикновено е биоетанол, получен от растения. При производството на такъв бензин се използва по-малко суров нефт, а емисиите на CO2 от изгарянето са малко по-ниски. Освен това отработените газове съдържат по-малко въглероден окис.
Повече за бензина:
дизел
По своя състав дизелът е подобен на отоплителното масло. Както при бензина, производството на дизел също генерира емисии на CO2, които съставляват около 10 процента от генерираните по време на горенето. Горивото е по-малко запалимо в сравнение с бензина; тъй като той също се изпарява по-бързо, има по-малко емисии от изпаряване.
Що се отнася до обема, дизелът има малко по-висока енергийна плътност от бензина. Изображение: Shutterstock
Калоричната стойност на дизела на литър е малко по-висока от тази на бензина поради по-високата му плътност, а по отношение на масата е малко по-ниска. Това по-високо енергийно съдържание, заедно с обикновено по-добрата ефективност на дизеловите двигатели, води до по-нисък разход в сравнение с бензина. По време на горенето обаче в околната среда се отделят повече CO2 и частици като фин прах. В морските двигатели често се използва по-евтин морски дизел, който съдържа значително повече сяра.
Повече за дизела:
Керосин
Керосинът - известен също като авиационно гориво - се произвежда от суров нефт в рафинериите и се десулфурира като отоплително масло. Той е химически подобен на дизеловото гориво, но има по-ниска плътност. Поради по-високата си точка на кипене от бензина, керосинът не се възпламенява твърде рано и изгаря почти без остатъци. Течното гориво се използва главно в газови турбини, особено в авиационни двигатели. Горивото се използва и по-рядко в специално проектирани дизелови двигатели.
Керосинът се използва главно в авиационни двигатели. Изображение: Shutterstock
Калоричната стойност е малко под тази на бензина и свръхлекото отоплително масло, но над тази на тежкото отоплително масло. Както при другите изкопаеми горива, изгарянето на керосин главно произвежда CO2 и водни пари - на килограм гориво това е около 3,15 килограма CO2 и 1,23 килограма водна пара. Това съответства приблизително на съотношението, което се среща и при дизеловите двигатели.
Повече за керосина:
природен газ
Горимият газ се състои главно от метан (CH4), при което H-газът (висококалоричен газ) съдържа най-малко 87 процента метан и следователно има по-висока калоричност от L-газ. Като цяло калоричността на природния газ е относително висока; той е по-висок от този на каменните въглища, но е по-нисък от този на бензина или дизела. Природният газ се добива от подземните резервоари, обикновено заедно със суров нефт. По този начин природният газ е ограничен ресурс, който ще продължи около 70 години, ако потреблението остане същото.
Резервоари за природен газ. Изображение: в самолетни двигатели
От всички изкопаеми горива природният газ има най-ниски емисии на CO2 и изгаря с ниски емисии. Въпреки това парниковите газове също се отделят по време на добива и транспортирането - особено неизгорелия метан, който е около 30 пъти по-ефективен от климата от CO2. Природният газ може да се използва по най-различни начини: благодарение на кратките си времена за пускане в експлоатация той е подходящ за производство на електричество в електроцентрали, но също така може да се комбинира добре със слънчева топлинна енергия. Друго предимство е, че може да се разпространява през мрежи.
Повече за природния газ:
Възобновяеми енергийни източници
Възобновяемите енергии включват не само биомаса - разбирана тук в енергийно-технически смисъл - и дървесина, но също така и водна енергия, вятърна енергия, геотермална енергия и фотоволтаици. Тук обаче се разглеждат само възобновяеми горива. За разлика от изкопаемите горива, дървесината и биомасата са възобновяеми, но това не означава, че те задължително имат неутрален баланс на CO2.
Когато се управлява устойчиво, дървесината е възобновяем енергиен източник. СНИМАНЕ: КЕЙСТОН
Повече за енергийния преход:
Дървото е едно от най-дълго използваните горива, които човечеството е използвало; Като възобновяема суровина, като част от биомасата, тя е един от възобновяемите енергийни източници. Дървесината се състои главно от целулоза и лигнин, но има и значително водно съдържание. Химически дървесината се състои предимно от въглерод, водород, кислород и азот. Следователно изгарянето произвежда предимно CO2 и водни пари - въпреки че емисиите на CO2 от дървесината са значителни само ако суровината идва от неустойчиво производство.
Дървесни пелети пред пещ. Изображение: Shutterstock
В допълнение към CO2, токсичните замърсители, включително въглероден окис (CO), малки количества тежки метали и фин прах, също се отделят в околната среда по време на горенето. По-специално замърсяването с твърди частици не трябва да се подценява, например в случай на открита камина. Дървесната кора допринася особено за това бреме и поради това не трябва да се изгаря.
Калоричността на дървесината варира от дървесните видове до дървесните видове и зависи също от водното съдържание. При 50 процента вода калоричността е само наполовина по-висока от тази на сухо дърво с водно съдържание 15 процента. Като цяло обаче калоричността е значително по-ниска от тази на отоплителното масло или природния газ. За по-малки системи за изпичане дървесината за предпочитане се преработва в пелети, които могат лесно да се транспортират и съхраняват. Големите промишлени предприятия обаче са склонни да работят с по-големи трупи или дървени стърготини. Относително ниската енергийна плътност на дървесината означава, че пространството, необходимо за дървен склад, е значително по-голямо, отколкото за резервоар за отоплително масло със същото енергийно съдържание.
Повече за дървото:
Биомаса
Биомасата е най-гъвкавата от възобновяемите енергии - тя включва твърди, течни и също газообразни вещества, които се използват за производство на електричество, за отопление или като горива. Всички те са от биологичен произход. Това се отнася и за изкопаемите горива, но те не се считат за биомаса, тъй като обикновено са отделени от биосферата и са възникнали много отдавна. Биомасата, от друга страна, не е била променена чрез геоложки процеси. По-голямата част от биомасата е фитомаса, т.е. от растителен произход. Прави се разлика между лигнифицирана и друга биомаса, която също включва биомаса от животински произход като течен тор или отпадъци от кланица.
Електроцентрала на биомаса. Изображение: Shutterstock
Около десет процента от световното търсене на енергия се покрива от биомаса. По този начин горивата, произведени от биомаса, допринасят значително за опазването на климата, тъй като при изгаряне те не отделят повече CO2, отколкото преди това са били усвоени от растенията - това е до голяма степен затворен цикъл на CO2. Между другото, CO2 също се отделя, когато биомасата не се използва и загнива. Следователно това е основно климатично неутрално. Едно предимство на биомасата е, че тя не се колебае като другите възобновяеми енергийни източници, т.е. като слънчевата енергия или вятърната енергия, тя зависи от слънчевата светлина и силата на вятъра.
Биомасата обаче не е неутрална по отношение на климата, ако например горите се изсичат, но не се регенерират. Такъв е и случаят, когато енергийните култури - като царевица или рапица - се отглеждат специално за производство на енергия, а изкопаемите горива се използват за отглеждане, събиране, преобразуване и транспорт. Освен това има вредни за климата емисии на N2O от почвата по време на интензивно торене с азот. Изискването за земя - често за сметка на естествените екосистеми - и конкуренцията с отглеждането на храна също са проблематични при тези енергийни култури.
Енергийните култури като рапицата консумират голямо количество обработваема земя. Изображение: Shutterstock
Биогазът, етанолът (алкохол) или биодизелът, които се получават от биомаса в различни процеси, са особено подходящи като директни заместители на изкопаемите горива. Биогазът може да бъде подобрен до качество на природния газ чрез сложен процес. Калоричността му е приблизително толкова висока, колкото тази на природния газ. Ако този така наречен биометан се произвежда от отпадъчни продукти, той има най-добрия екологичен баланс от всички биогорива.
Биодизел. Изображение: Shutterstock
Биодизелът често се добавя към конвенционалното дизелово гориво, от което химически се различава. Неговата енергийна плътност е малко по-ниска, но не съдържа сяра. За разлика от дизела, той също е лесно биоразградим.