Велике порівняння деревини з викопним паливом та відновлюваним паливом - ватсон
Ми все ще живемо у епоху викопних видів палива: чотири п’ятих світового споживання енергії покриваємо нафтою, газом та вугіллям. Порівняно з викопним паливом, відновлювані джерела енергії все ще існують у своїй ніші. Це проблематично не лише через обмеженість викопних ресурсів, але ще більше через їх вирішальний внесок у глобальне потепління.
Однак цей внесок неоднаковий для різних видів викопного палива, і викиди СО2 також можуть відбуватися при відновлюваних джерелах енергії. Цей огляд показує переваги та недоліки різних видів палива.
Викиди CO2 особливо високі на вугільних електростанціях. Зображення: Shutterstock
Паливо та паливо
Ми використовуємо енергію, що зберігається в цих енергоносіях, спалюючи їх. Залежно від цільового використання можна говорити про Паливо - якщо це приблизно термальна енергія працює як опалення - або від Паливо, якщо механічна енергія використовується, наприклад, для керування машиною. Для цього часто використовують цей термін паливо.
Викопні джерела енергії
Викопне паливо складається із залишків мертвих живих істот, які жили дуже давно. Наприклад, кам'яне вугілля, найдавніша з цих сировинних матеріалів, виготовляли з рослин, що росли в болотних лісах Карновугрів та Пермі 350 - 280 мільйонів років тому. Їх залишки накопичені, утворюючи товсті шари осаду, з яких тривалим процесом утворюються вугільні шари. Лігніт також утворився таким чином, але лише 65 - 2 мільйони років тому. Нафта і природний газ - це також органічні залишки, які в основному складаються з планктону.
Сформований мільйони років тому: вугільний пласт. Зображення: Shutterstock
Як і раніше, постійно формуються нові родовища, щоправда, настільки незначно, що викопні ресурси слід розглядати як скінченні. Коли спалюється викопне паливо, СО2, який видалявся з атмосфери ростом рослин мільйони років тому, викидається назад у повітря.
Детальніше про кліматичні зміни:
вугілля
Вугілля, особливо кам'яне, має відносно високу теплотворну здатність, хоча воно нижче, ніж нафта. Сировину не потрібно переробляти в складному процесі, і в даний час вона в основному використовується на електростанціях для виробництва електроенергії. Великі кількості також використовуються у виробництві сталі. Вугільні електростанції здатні до базового навантаження, а це означає, що вони можуть постійно та надійно доставляти енергію.
Кам’яне вугілля. Зображення: Shutterstock
Наявні найбільші у світі запаси цього викопного палива: якщо використовувати їх однаково, то, за підрахунками, вони проіснують від 150 до 200 років. Але оскільки в атмосферу при спалюванні вугілля викидається більше СО2, ніж з нафтою та природним газом, ці запаси не можуть бути використані, інакше кліматична катастрофа загрожує. Методи уловлювання та зберігання парникових газів (технологія CCS) в даний час занадто дорогі.
Спалювання вугілля не лише виділяє надзвичайно велику кількість СО2. Діоксид сірки (SO2) та оксиди азоту (NOx) також виробляються, особливо з бурим вугіллям. Крім того, важкі метали та дрібний пил викидаються в навколишнє середовище - у менших кількостях, навіть коли використовуються сучасні системи очищення димових газів.
Детальніше про вугілля:
олія
Видобута з родовищ нафта переробляється на нафтопереробних заводах на паливо та паливо, а також на сировину для хімічної промисловості. До переваг сирої нафти належать дуже висока щільність енергії та порівняно низькі виробничі витрати (при звичайному виробництві). Крім того, його легко транспортувати, він може використовуватися для виробництва тепла, а також для виробництва електроенергії та як паливо.
Коли спалюється сира нафта, як і вугілля, виділяється СО2, хоча і в меншій мірі. Це також стосується пластмас, виготовлених з нафти. Фінансування також пов'язане з викидами СО2, особливо високим ступенем у випадку таких методів фінансування, як фрекінг. Ще один недолік полягає в обмеженій природі цього ресурсу - розробка стає все більш складною та ризикованою. Крім того, є значні родовища в політично нестабільних регіонах.
Детальніше про нафту:
Олія для опалення
Мазут виготовляється з нафти і буває різних сортів. Важке нагрівальне масло зазвичай містить більше сірки, яка при спалюванні утворює діоксид сірки (SO2). В іншому випадку мазут згоряє переважно, утворюючи СО2 та водяну пару. Викиди СО2 та забруднюючих речовин не такі високі, як з вугіллям, але значно вищі, ніж із природним газом.
Баки для мазуту займають багато місця. Зображення: Вікімедіа
Олія для опалення характеризується дуже високою теплотворною здатністю, але вона повинна бути ретельно виготовлена та десульфурована на нафтопереробних заводах. Це також займає багато місця для зберігання. Ще одним недоліком мазуту є те, що навіть невеликі кількості можуть зробити велику кількість питної води неїстівною. Це може статися, наприклад, якщо масляний бак тече, а мазут проникає в землю.
бензин
Автомобільний бензин є сумішшю відносно легких вуглеводнів і має дуже високу теплотворну здатність і - порівняно з іншими видами палива, переробленими з сирої нафти, - низькими викидами CO2 на кВт-год. Однак викиди СО2 також генеруються під час видобутку із традиційно отриманої нафти; вони становлять близько 10 відсотків тих, що трапляються під час спалення.
Автомобільний бензин є важливим паливом. Зображення: Shutterstock
Бензин може бути свинцевим для збільшення октанового числа та стійкості до ударів. Оскільки це призводить до додаткових токсичних вихлопних газів, у Швейцарії є лише неетилований бензин - за винятком авіаційного палива. Однак бензин також може містити домішку до 10 відсотків етанолу, який, як правило, є біоетанолом, отриманим з рослин. Для виробництва такого бензину використовується менше сирої нафти, а викиди СО2 при згорянні дещо нижчі. Крім того, вихлопні гази містять менше окису вуглецю.
Детальніше про бензин:
дизель
За своїм складом дизель схожий на мазут. Як і у випадку з бензином, виробництво дизельного палива також генерує викиди CO2, які складають близько 10 відсотків викидів, що утворюються при згорянні. Паливо менш горюче в порівнянні з бензином; оскільки він також випаровується менш швидко, менше викидів при випаровуванні.
Що стосується обсягу, дизель має дещо вищу щільність енергії, ніж бензин. Зображення: Shutterstock
Калорійність дизеля на літр трохи вища, ніж у бензину через його вищу щільність, а по відношенню до маси вона трохи нижче. Цей більший вміст енергії разом із зазвичай кращою ефективністю дизельних двигунів призводить до нижчого споживання порівняно з бензином. Однак при згорянні в навколишнє середовище також потрапляє більше СО2 та частинок, таких як дрібний пил. У суднових двигунах часто використовують більш дешевий морський дизель, який містить значно більше сірки.
Детальніше про дизель:
Гас
Гас - також відомий як авіаційне паливо - виробляється з сирої нафти на нафтопереробних заводах і десульфурується, як мазут. За хімічним складом воно схоже на дизельне паливо, але має меншу щільність. Через більш високу температуру кипіння, ніж у бензину, гас не займається занадто рано і згоряє майже без залишків. Рідке паливо в основному використовується в газових турбінах, особливо в авіаційних двигунах. Паливо також використовується рідше в спеціально розроблених дизельних двигунах.
Гас в основному використовується в авіаційних двигунах. Зображення: Shutterstock
Калорійність трохи нижче, ніж у бензину та надлегкого мазуту, але вище, ніж у важкого мазуту. Як і у випадку з іншими викопними видами палива, при спалюванні гасу в основному виробляється СО2 та водяна пара - на кілограм палива це близько 3,15 кілограма СО2 та 1,23 кілограма водяної пари. Це приблизно відповідає співвідношенню, яке також має місце в дизельних двигунах.
Детальніше про гас:
природний газ
Горючий газ складається в основному з метану (CH4), при цьому H-газ (висококалорійний газ) містить щонайменше 87 відсотків метану і, отже, має вищу теплотворну здатність, ніж L-газ. Загалом теплотворна здатність природного газу є відносно високою; вона вища, ніж у кам’яного вугілля, але нижча, ніж у бензину або дизеля. Природний газ видобувається з підземних водойм, як правило, разом із сирою нафтою. Так само, природний газ - це обмежений ресурс, який прослужить близько 70 років, якщо споживання залишиться незмінним.
Баки для природного газу. Зображення: в авіаційних двигунах
З усіх викопних видів палива природний газ має найнижчі викиди СО2 і спалює з низьким рівнем викидів. Однак парникові гази також виділяються під час видобутку та транспортування - особливо незгорілий метан, який приблизно в 30 разів ефективніший для клімату, ніж CO2. Природний газ можна використовувати різними способами: завдяки своєму короткому часу запуску він підходить для виробництва електроенергії на електростанціях, але також може поєднуватися з сонячною тепловою енергією. Ще одна перевага полягає в тому, що його можна розподілити по мережах.
Детальніше про природний газ:
Відновлювані джерела енергії
Поновлювані джерела енергії включають не лише біомасу - тут розуміється в енергетично-технічному розумінні - і деревину, але також водну енергію, енергію вітру, геотермальну енергію та фотоелектрику. Однак тут розглядаються лише відновлювані види палива. На відміну від викопного палива, деревина та біомаса є відновлюваними, але це не означає, що вони обов'язково мають нейтральний баланс CO2.
Якщо лісове господарство є стійким, воно є відновлюваним джерелом енергії. ЗОБРАЖЕНО: КАМІН
Детальніше про енергетичний перехід:
Деревина - одне з найтриваліших видів палива, яке використовувало людство; Як відновлювана сировина, як частина біомаси, вона є одним із відновлюваних джерел енергії. Деревина складається в основному з целюлози та лігніну, але вона також має значну кількість води. Хімічно деревина в основному складається з вуглецю, водню, кисню та азоту. Отже, згоряння в основному утворює СО2 та водяну пару - хоча викиди СО2 у деревині значні лише в тому випадку, якщо сировина надходить з нестабільного виробництва.
Дерев'яні гранули перед піччю. Зображення: Shutterstock
Окрім СО2, у навколишнє середовище під час горіння також потрапляють токсичні забруднювачі, включаючи оксид вуглецю (СО), невелика кількість важких металів та дрібний пил. Зокрема, забруднення твердими частинками не слід недооцінювати, наприклад, у випадку пожеж на відкритих колодах. Деревна кора особливо сприяє цьому навантаженню, тому її не слід спалювати.
Калорійність дерева залежить від породи деревини, а також від вмісту води. При 50 відсотках води теплотворна здатність лише вдвічі нижча, ніж суха деревина з вмістом води 15 відсотків. Однак загалом теплотворна здатність значно нижча, ніж теплота пального або природного газу. Для менших систем випалу деревину переважно переробляють на гранули, які можна легко транспортувати та зберігати. Однак великі промислові заводи, як правило, працюють з більшими колодами або тріскою. Порівняно низька енергетична щільність деревини означає, що простір, необхідний для зберігання деревини, значно більший, ніж для резервуара для мазуту з однаковим вмістом енергії.
Детальніше про дерево:
Біомаса
Біомаса є найбільш універсальною з відновлюваних джерел енергії - вона включає тверді, рідкі, а також газоподібні речовини, які використовуються для виробництва електроенергії, для опалення або як паливо. Всі вони біологічного походження. Це стосується і викопного палива, але воно не зараховується до біомаси, оскільки воно, як правило, відокремлене від біосфери і виникло дуже давно. З іншого боку, біомаса не була змінена внаслідок геологічних процесів. Більша частина біомаси - це фітомаса, тобто рослинного походження. Розрізняють зріджену та іншу біомасу, яка також включає біомасу тваринного походження, таку як рідкий гній або відходи бійні.
Електростанція на біомасі. Зображення: Shutterstock
Близько десяти відсотків світового попиту на енергію покривається біомасою. Таким чином, паливо з біомаси робить значний внесок у захист клімату, оскільки при спалюванні вони не виділяють більше СО2, ніж раніше поглинали рослини - це в основному замкнутий цикл СО2. До речі, CO2 також виділяється, коли біомаса не використовується і гниє. Тому він в основному є кліматично нейтральним. Однією з переваг біомаси є те, що вона не коливається, як інші поновлювані джерела енергії, тобто, як сонячна енергія чи енергія вітру, вона залежить від сонячного світла та сили вітру.
Однак біомаса не є кліматично нейтральною, якщо, наприклад, ліси вирубуються, але не відновлюються. Це також стосується випадків, коли енергетичні культури - такі як кукурудза або ріпак - вирощуються спеціально для виробництва енергії, а викопне паливо використовується для вирощування, збирання, переробки та транспортування. Крім того, під час інтенсивного підживлення азотом з ґрунту відбуваються шкідливі для клімату викиди N2O. Потреба в землі - часто за рахунок природних екосистем - і конкуренція з вирощуванням їжі також є проблематичною для цих енергетичних культур.
Такі енергетичні культури, як ріпак, споживають велику кількість ріллі. Зображення: Shutterstock
Біогаз, етанол (спирт) або біодизель, які отримують з біомаси різними процесами, особливо придатні як прямі замінники викопного палива. Біогаз можна підвищити до якості природного газу за допомогою складного процесу. Його теплотворна здатність приблизно така ж висока, як і природного газу. Якщо цей так званий біометан виробляється із відходів, він має найкращий екологічний баланс серед усіх видів біопалива.
Біодизель. Зображення: Shutterstock
Біодизель часто додають до звичайного дизельного палива, від якого він хімічно відрізняється. Щільність його енергії дещо нижча, але він не містить сірки. На відміну від дизеля, він також легко біологічно розкладається.