Nhấp một ngụm từ bình xăng của một chiếc ô tô hiện đại là một ý tưởng không tồi. Nhiên liệu diesel làm từ xăng và dầu mỏ cung cấp năng lượng cho hầu hết các loại ô tô trên thế giới khác xa so với bất cứ thứ gì bổ dưỡng, hoặc thậm chí an toàn để uống.
Nhưng điều đó đang thay đổi. Một ngành công nghiệp đang phát triển đã và đang nghiên cứu các lựa chọn thay thế nhiên liệu hóa thạch trong nhiều thập kỷ và phần lớn nghiên cứu của họ tập trung vào nhiên liệu sinh học - chất thay thế dầu mỏ được làm từ dầu thực vật tự nhiên [nguồn:Demirbas]. Trong một số trường hợp, dầu thực vật nguyên chất, không biến đổi có thể cung cấp năng lượng cho động cơ diesel tiêu chuẩn; Rudolph Diesel ban đầu đã thiết kế động cơ mang tên mình với nỗ lực cung cấp cho người nông dân khả năng vận hành thiết bị sử dụng nhiên liệu trồng tại địa phương. Nhưng dầu thực vật nguyên chất, mặc dù chắc chắn là một loại nhiên liệu sinh học, nhưng có những hạn chế. Glycerin trong dầu tự nhiên làm tăng độ nhớt của chúng, khiến chúng đông đặc lại ở nhiệt độ lạnh; nghĩ về điều gì sẽ xảy ra với mỡ thịt xông khói nếu để trong tủ lạnh. Chẳng hạn, đây có thể là tin xấu đối với đường nhiên liệu, bộ lọc và kim phun trên động cơ ở Alaska.
Các nhà hóa học có một cặp giải pháp cho vấn đề này. Một số thực vật, chẳng hạn như ngô, chứa đường, khi lên men như bia và rượu, tạo ra etanol, một loại rượu có thể được sử dụng làm nhiên liệu. Ethanol thường được sử dụng như một chất phụ gia giảm khói trong xăng; đó là chữ E trong E85 [nguồn:Chu].
Các loại cây khác, chẳng hạn như đậu nành, được sử dụng tốt hơn để sản xuất dầu diesel sinh học. Trong quá trình này, một chất xúc tác được trộn vào dầu, tách glycerin khỏi các este alkyl axit béo của dầu [nguồn:Pimentel]. Với sự biến mất của glycerin, diesel sinh học có thể chạy hầu hết các động cơ diesel với ít cặn bẩn và các vấn đề thời tiết lạnh.
Cơ sở hạ tầng nhiên liệu sinh học vẫn đang được phát triển ở nhiều nơi trên thế giới và các quy trình sản xuất một số loại nhiên liệu sinh học vẫn chưa đủ hiệu quả để có thể sản xuất quy mô lớn [nguồn:Pimentel]. Nhưng nhu cầu tìm kiếm một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường hơn cho nhiên liệu hóa thạch có nghĩa là, sớm hay muộn, nhiên liệu trong bình xăng của bạn sẽ có rất nhiều điểm chung với những gì trên đĩa của bạn. Để có ý tưởng về vị trí của tương lai nhiên liệu sinh học, hãy đọc tiếp để tìm hiểu về 10 loại nhiên liệu sinh học có thể dễ dàng cung cấp cho bạn như ô tô của bạn.
Nội dungCùng với việc là một thực phẩm chính trong chế độ ăn uống của người phương Tây, ngô đã trở thành một loại nhiên liệu sinh học rất phổ biến. Nhờ sự sẵn có và hàm lượng đường sản xuất etanol cao, loại nhiên liệu sinh học này quen thuộc với nhiều người lái xe - nó thường là nguồn cung cấp etanol trong hỗn hợp xăng E85.
Các nhà sản xuất etanol biến ngô từ thực phẩm thành nhiên liệu bằng cách sử dụng một hệ thống đầu tiên phá vỡ ngô thành các thành phần cơ bản:lignin, một chất hình thành và củng cố thành tế bào của thực vật, và xenlulo, chứa đường của thực vật. Các nhà sản xuất lên men xenlulo để sản xuất etanol, về cơ bản là một phiên bản thử nghiệm cao của các loại rượu được sản xuất từ nghiền ngô [nguồn:Shakashiri]. Ethanol nhiên liệu tinh chế thường được pha trộn vào xăng như một chất làm giảm khói bụi, nhưng nó có thể được sử dụng làm nhiên liệu.
Tại Hoa Kỳ, ethanol làm từ ngô thực sự là một giải pháp thay thế nội địa cho một số quốc gia sử dụng nhiên liệu hóa thạch ở nước ngoài. Nhưng nó không phải là không có nhược điểm. Nghiên cứu cho thấy rằng năng lượng dùng để sản xuất ethanol từ ngô - từ khí đốt trong máy kéo ở trang trại đến phân bón được sử dụng để giữ cho ngô khỏe mạnh - đốt cháy nhiều nhiên liệu hóa thạch hơn so với ethanol thay thế [nguồn:Pimentel]. Thêm vào phương trình tổng âm này, nhu cầu tưới tiêu để trồng ngô ở những nơi khô hạn hơn có khả năng làm giảm nguồn cung cấp nước, đặc biệt là khi nông dân chuyển sang sản xuất ethanol như một nguồn thu nhập [nguồn:McKenna].
Và sau đó là yếu tố kinh tế. Giữa sản xuất lương thực, thức ăn chăn nuôi và các mục đích sử dụng công nghiệp khác, nhu cầu về ngô là rất cao. Việc thêm các nhà sản xuất ethanol để cạnh tranh nguồn cung ngô của thế giới có nghĩa là giá của vụ mùa - và các sản phẩm tiếp theo của nó - có thể tăng đột biến do nhu cầu ethanol tăng lên. Kết hợp các yếu tố và, mặc dù nó là một loại nhiên liệu sinh học hữu ích, ngô không có khả năng là loại nhiên liệu sinh học duy nhất làm giảm sự phụ thuộc của thế giới vào nhiên liệu hóa thạch.
Đây có thể là nhiên liệu sinh học linh hoạt nhất trong danh sách. Cùng với việc là một sản phẩm lương thực chính từ châu Á đến châu Mỹ, đậu tương đã được biến thành mọi thứ từ mực in, bút màu đến các sản phẩm nhiên liệu [nguồn:Scharlemann]. Trong khi ngô là nguyên liệu cơ bản phổ biến nhất để sản xuất etanol được pha trộn với xăng để chống khói bụi, thì đậu nành là nguồn cung cấp chính cho dầu được sử dụng để sản xuất dầu diesel sinh học.
Để sản xuất dầu diesel sinh học bằng đậu nành, đầu tiên các nhà sản xuất ép dầu từ hạt đậu. Hàm lượng dầu cao của đậu nành - khoảng 20% đậu là dầu có thể sử dụng được - làm cho nó trở thành một ứng cử viên lý tưởng cho quá trình này. Khi dầu được chiết xuất và lọc, nó được trộn với chất xúc tác để loại bỏ glycerin của nó. Phần dầu còn lại có thể được đổ trực tiếp vào bình chứa khí của động cơ diesel.
Dầu diesel sinh học có một số lợi ích so với dầu diesel ngoài việc nó là một nguồn tài nguyên tái tạo. Nó đốt sạch hơn, có nghĩa là động cơ chạy bằng diesel sinh học tạo ra ít hạt vật chất có thể gây khói và các vấn đề sức khỏe.
Cây cọ tốt cho nhiều thứ hơn là phong cảnh nhiệt đới và dừa. Vỏ trái cây chứa nhiều carbon có thể được biến thành bộ lọc lọc nước, lá và các bộ phận thân gỗ của cây đã được sử dụng làm cấu trúc và nơi trú ẩn trong nhiều thiên niên kỷ, và dầu của hạt hiện đang được coi là một loại nhiên liệu sinh học có khả năng bán trên thị trường.
Nhưng dầu cọ có thể là ví dụ rõ ràng nhất về một vấn đề lớn trong quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học trên diện rộng. Không gian, năng lượng và các nguồn lực tài chính cần thiết để sản xuất nguồn nguyên liệu thô vượt xa lợi ích của kết quả cuối cùng.
Dầu cọ là một loại cây trồng chính ở Đông Nam Á. Khi nhu cầu dầu cọ tăng lên để sản xuất dầu diesel sinh học, các đồn điền ở các nước như Malaysia và Indonesia đang phát quang những khu rừng nhiệt đới rộng lớn để nhường chỗ cho nhiều cây cọ sản xuất dầu hơn. Và các xe tải, tàu thủy và các cơ sở sản xuất được sử dụng để vận chuyển dầu cọ từ các nước này đến phương Tây xe tải và xe tải nặng làm tăng thêm nhiên liệu bị đốt cháy - và lượng khí thải sinh ra - để đưa loại nhiên liệu xanh này ra thị trường. Dầu cọ không phải là nhiên liệu sinh học duy nhất đối mặt với tình thế khó xử này, nhưng tính phổ biến và giá thành rẻ của nó đồng nghĩa với việc nó gặp phải vấn đề trên quy mô rộng hơn và công khai hơn nhiều loại nhiên liệu ăn được theo [nguồn:Rosenthal].
Nếu gần đây bạn đã ăn khoai tây chiên, hành tây hoặc cá và khoai tây chiên, bạn có thể đã đóng góp vào một loại nhiên liệu sinh học ăn được phổ biến khác:dầu ăn đã qua sử dụng.
Dầu ăn được sử dụng để chiên thực phẩm vẫn chứa các axit béo alkyl este khiến nó trở thành nhiên liệu khả thi trong một số động cơ diesel. Bằng cách lọc dầu để loại bỏ thực phẩm và bột làm bánh mì, các nhà sản xuất nhiên liệu sinh học sáng chế có thể sản xuất dầu diesel sinh học hoặc đơn giản là chạy dầu thẳng vào động cơ diesel bằng cách sử dụng công nghệ "dầu mỡ".
Với các nhà hàng thức ăn nhanh ở mọi ngóc ngách, và thức ăn chiên rán là một phần phổ biến trong chế độ ăn của nhiều quốc gia, có vẻ như dầu rán có thể là loại nhiên liệu sinh học sẵn có nhất. Nhưng nó đi kèm với những hạn chế.
Đầu tiên, dầu chiên đã qua sử dụng chứa rất nhiều thực phẩm được chiên trong đó. Lọc bỏ điều này - đặc biệt trong trường hợp sử dụng nhiều bột - là một quá trình tốn nhiều thời gian và công sức. Việc lọc một lượng lớn dầu có thể mất quá nhiều thời gian để sản xuất hàng loạt. Hơn nữa, kết quả cuối cùng có thể là một túi hỗn hợp; dầu chiên có thể đến từ đậu phộng, ngô hoặc hỗn hợp thực vật khác, có nghĩa là rất khó để biết mức độ hiệu quả của nhiên liệu từ mẻ này sang mẻ khác.
Nhưng nhiều người ủng hộ dầu nhờn và dầu diesel sinh học sẵn sàng giải quyết những vấn đề này. Và vì dầu chiên không yêu cầu thiết bị ép đắt tiền để kéo các bộ phận hữu ích của nó ra khỏi hạt hoặc ngũ cốc, nên đây là nhiên liệu được các nhà phát minh, nhà thí nghiệm và nhà khoa học ga-ra, những người muốn tiết kiệm chi phí.
Ah, đậu phộng đa năng. Mặc dù được coi là một loại đậu chứ không phải là một loại hạt thực tế, nhưng đậu phộng được cho là một trong những loại thực phẩm phổ biến nhất trong chế độ ăn uống của người phương Tây. Giữa một biển các loại hạt hỗn hợp, kẹo đậu phộng và bánh mì kẹp bơ đậu phộng chứa đầy hàng triệu hộp ăn trưa mỗi ngày đi học, chúng tôi gắn bó sâu sắc với món đậu phộng thấp hèn.
Đậu phộng có một số công dụng ngoài thực phẩm, nhiều công dụng đã được nhà thực vật học người Mỹ gốc Phi nổi tiếng, Tiến sĩ George Washington Carver quảng bá. Tài liệu lưu trữ của ông bao gồm danh sách hơn 300 mục đích sử dụng đậu phộng, từ thuốc nhuộm và chất dẻo cho đến dầu có khả năng được sử dụng làm nhiên liệu sinh học [nguồn:Fishbein].
Nhưng đậu phộng là nạn nhân của sự phổ biến của chúng khi nói đến nhiên liệu sinh học. Bởi vì dầu đậu phộng có thể được sử dụng cho một số mục đích thực phẩm, y học và công nghiệp, nó đơn giản là quá có giá trị để chuyển đổi thành nhiên liệu sinh học với giá rẻ. Trong trường hợp kinh tế học đơn giản, nhu cầu giữ giá quá cao để biến dầu đậu phộng trở thành một loại nhiên liệu sinh học thực tế, có thể ăn được ngay bây giờ.
Bông không phải là một sản phẩm thực phẩm trong suy nghĩ của nhiều người. Suy cho cùng, việc sử dụng chính của bông trong thế giới hiện đại là làm sợi vải. Nhưng dầu từ hạt bông là một loại dầu thực vật nhẹ, có vị trung tính đã được sử dụng để nấu ăn ở Mỹ từ những năm 1860 [nguồn:NCPA]. Hạt bông vải cũng đã được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, mặc dù nếu sử dụng quá nhiều có thể dẫn đến các vấn đề dinh dưỡng đối với vật nuôi [nguồn:Osborne].
Việc sử dụng dầu hạt bông làm nhiên liệu sinh học có ý nghĩa:Theo một số nhà phân tích, trên mỗi mẫu Anh có nhiều dầu hơn từ ngô hoặc đậu nành, hai trong số những nguồn nhiên liệu sinh học phổ biến nhất [nguồn:Journey]. Nhưng dầu hạt bông có một nhược điểm là, cũng như nhiều loại nhiên liệu sinh học khác, là một thách thức kỹ thuật khó khăn.
Dầu hạt bông vải bắt đầu đông đặc ở nhiệt độ lạnh. Một chiếc xe chạy bằng dầu hạt bông nguyên chất sẽ không thể sử dụng được vào mùa đông trừ khi nó có một số loại hệ thống sưởi dầu giữ cho nhiên liệu sinh học ở trên điểm gel của nó. Các loại nhiên liệu sinh học phổ biến hơn, chẳng hạn như dầu diesel sinh học đậu nành, cũng gặp phải vấn đề này. Nhưng trong khi dầu diesel sinh học đậu nành tạo gel ở khoảng -16 độ C, thì dầu hạt bông chỉ tạo gel ở -1 độ C. Phần lớn thế giới thường xuyên gặp phải nhiệt độ lạnh hơn, làm cho dầu hạt bông nguyên chất trở nên ít tối ưu hơn để sử dụng rộng rãi làm nhiên liệu sinh học.
Cây rum là một loại cây có lịch sử sử dụng lâu đời, có lẽ bắt đầu từ khi hoa màu vàng và hạt chứa dầu được dùng để nhuộm vải dùng trong quá trình ướp xác thời cổ đại. Các ứng dụng hiện đại hơn của cây rum bao gồm việc sử dụng rộng rãi như một loại thuốc tự nhiên trong cả nền văn hóa phương Đông và phương Tây. Tương tự như vậy, dầu từ hạt cây rum được sử dụng như một chất thay thế tốt cho tim hơn cho các loại dầu ăn khác.
Dầu cây rum có điểm gel thấp, làm cho nó trở thành một loại dầu thú vị để xem xét để sản xuất dầu diesel sinh học. Nhưng việc sử dụng rộng rãi cây rum như một nguồn nhiên liệu có thể bị hạn chế bởi sự phổ biến của nó - hoặc thiếu chúng - trong thế giới nông nghiệp. 604.000 tấn cây rum được sản xuất trên toàn thế giới vào năm 2004 là rất nhỏ so với sản lượng ngô hoặc đậu nành, và nó đã giảm mạnh từ 800.000 xuống 900.000 tấn thường được sản xuất mỗi năm vào giữa những năm 90. Điều chỉnh việc thu hoạch cây rum để đáp ứng nhu cầu nhiên liệu sinh học có nghĩa là đảo ngược xu hướng này và sản xuất nhiều hơn đáng kể loài cây đa năng cổ xưa này [nguồn:Jimmerson].
Dầu hạt lanh, hay hạt lanh, là một ví dụ điển hình về tính linh hoạt của nhiều loại dầu thực vật có tiềm năng làm nhiên liệu sinh học. Những người thợ làm đồ gỗ trộn dầu này với một chất làm loãng, chẳng hạn như nhựa thông, và sử dụng nó trong nhà để dưỡng đồ nội thất, đồ đạc và sàn gỗ cứng. Dầu thấm vào gỗ, giúp gỗ không bị quá khô và nứt hoặc bong tróc. Ngoài trời, một phương pháp xử lý tương tự sẽ ngăn gỗ hấp thụ quá nhiều nước, điều này sẽ làm nhanh quá trình bào mòn và thối rữa [nguồn:DIY].
Dầu hạt lanh không có chất pha loãng đã được chứng minh là một chất bảo quản có giá trị đối với sức khỏe con người. Giống như một số loại dầu thực vật khác được đề cập trong bài viết này, dầu hạt lanh có tác dụng giảm cholesterol và tăng cường sức khỏe tim mạch [nguồn:Ridges].
Sợi thực vật trong cây lanh được sử dụng để làm vải lanh, có nghĩa là cây nhiên liệu sinh học này có thể được sử dụng cho cả hạt 'dầu và chất xơ từ thân cây'. Tính chất đa công dụng này có thể làm cho dầu hạt lanh trở thành một loại nhiên liệu sinh học hấp dẫn hơn các loại cây trồng khác mà các bộ phận của hạt lanh không có giá trị như cây lanh [nguồn:Shirke].
Cao lương là một trong những cây ngũ cốc quan trọng nhất thế giới và là mặt hàng nông sản xuất khẩu chính của Hoa Kỳ [nguồn:Hội đồng]. Nó được sử dụng trong các loại thực phẩm từ đồ uống đến bánh ngọt và bánh quy, và tính chất chống oxy hóa cao, không chứa gluten của một số loại khiến nó trở thành một loại ngũ cốc có giá trị đối với những người làm bánh có ý thức về sức khỏe.
Cao lương cũng có tiềm năng trở thành một loại nhiên liệu sinh học. Các loại hạt khác nhau có thể phát triển ở nhiều vùng khí hậu khác nhau, và cấu tạo sinh hóa của nó có nghĩa là nó có thể được thay thế cho ngô trong quy trình sản xuất ethanol. Các nhà nghiên cứu đang phát triển các dòng lúa miến lai đặc biệt để sản xuất nhiên liệu sinh học, vì vậy, có thể chẳng bao lâu nữa, chiếc E85 mà bạn cho vào bình xăng của ô tô có thể có điểm chung với loại bánh quy mật mía bạn mua trong cửa hàng tiện lợi [nguồn:Lau ].
OK, về mặt kỹ thuật nước không phải là nhiên liệu sinh học. Đó là một nguồn tài nguyên thiên nhiên quan trọng nếu không có sự sống thì sẽ không tồn tại. Nhưng nhờ vào một công nghệ đơn giản, một ngày nào đó, nước có thể trở thành một nguồn nhiên liệu có thể hình dung được.
Quá trình điện phân đơn giản, trong đó dòng điện chạy qua nước, phá vỡ chất lỏng thành các nguyên tố cơ bản của nó:hydro và oxy [nguồn:Nave]. Hydro là một loại nhiên liệu tuyệt vời - nó mang năng lượng gấp ba lần trên mỗi pound xăng và chất cháy mà không thải ra khí thải độc hại của nhiên liệu dầu mỏ [nguồn:Stanford].
Nhưng việc sản xuất và lưu trữ hydro đang có vấn đề. Di chuyển một lượng lớn khí siêu nhẹ, rất dễ cháy khắp thế giới có thể gây ra các vấn đề an toàn lớn và lượng hydro cần thiết để cung cấp năng lượng cho ô tô trong một chuyến đi dài sẽ yêu cầu một bình nhiên liệu nặng không thực tế để giữ đủ nhiên liệu trên xe một cách an toàn [nguồn:Planet].
Tuy nhiên, hydro không phải là một nguyên nhân bị mất. Một công nghệ, nổi tiếng với Bộ chế hòa khí nước Garrett bí ẩn, liên quan đến việc gắn một tế bào sản xuất hydro trên xe và chạy nó bằng điện từ máy phát của động cơ. Các phiên bản hiện đại của ý tưởng này sẽ bơm hydro vào động cơ chạy bằng xăng, tạo ra lượng khí thải sạch hơn và quãng đường đi được tốt hơn. Công nghệ này có một số trở ngại về chi phí, độ tin cậy và sự phát triển cần vượt qua, nhưng có thể một phần nhiên liệu trong tương lai gần của ô tô của bạn sẽ đến từ vòi của nhà bạn [nguồn:Brooks].
Ethanol có thể làm hỏng động cơ của bạn không?
Ethanol, E85, Flex Fuel… Tất cả có nghĩa là gì?
Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai hoạt động như thế nào?
Có bao nhiêu Ethanol trong 93 khí Octan?