Combustivel alternativo - Alternative fuel

Típico posto de abastecimento brasileiro com quatro combustíveis alternativos à venda: biodiesel (B3), gasohol (E25), etanol puro ( E100 ) e gás natural comprimido (GNV). Piracicaba , São Paulo , Brasil.

Combustível alternativo , conhecido como não-convencionais e avançadas combustíveis , são materiais ou substâncias que podem ser usados como combustíveis , outros do que os combustíveis convencionais, como; combustíveis fósseis ( petróleo (petróleo), carvão e gás natural ), bem como materiais nucleares como urânio e tório , bem como combustíveis radioisótopos artificiais que são feitos em reatores nucleares .

Alguns combustíveis alternativos bem conhecidos incluem biodiesel , bioálcool ( metanol , etanol , butano ), combustível derivado de resíduos , eletricidade armazenada quimicamente (baterias e células de combustível ), hidrogênio , metano não fóssil , gás natural não fóssil , óleo vegetal , propano e outras fontes de biomassa .

Fundo

Um combustível é qualquer material que pode ser feito para reagir com outras substâncias de modo que libere energia como energia térmica ou para ser usado para trabalho. O principal objetivo do combustível é armazenar energia, que deve estar em uma forma estável e pode ser facilmente transportada até o local de uso. Quase todos os combustíveis são combustíveis químicos. O usuário emprega esse combustível para gerar calor ou realizar trabalho mecânico, como ligar um motor. Também pode ser usado para gerar eletricidade, que é então usada para aquecimento, iluminação ou outros fins.

Definições oficiais atuais

Todas as definições oficiais não são as mesmas.

Definição na União Europeia

Na União Europeia, os combustíveis alternativos são definidos pela Diretiva 2014/94 / UE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 22 de outubro de 2014, relativa à implantação de infraestruturas para combustíveis alternativos.

«Combustíveis alternativos», combustíveis ou fontes de energia que servem, pelo menos parcialmente, como substitutos de fontes de petróleo fóssil no fornecimento de energia para os transportes e que têm potencial para contribuir para a sua descarbonização e melhorar o desempenho ambiental do setor dos transportes. Eles incluem, entre outros:

  • eletricidade,
  • hidrogênio,
  • biocombustíveis, conforme definido no ponto (i) do Artigo 2 da Diretiva 2009/28 / CE,
  • combustíveis sintéticos e parafínicos,
  • gás natural, incluindo biometano, na forma gasosa (gás natural comprimido (CNG)) e na forma liquefeita (gás natural liquefeito (GNL)), e
  • gás liquefeito de petróleo (GLP);
-  Diretiva 2014/94 / UE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 22 de outubro de 2014, relativa à implantação de uma infraestrutura para combustíveis alternativos.

Definição nos EUA

Nos EUA, EPA define combustível alternativo

Combustíveis alternativos incluem combustíveis gasosos, como hidrogênio, gás natural e propano; álcoois, tais como etanol, metanol e butanol; óleos vegetais e derivados de resíduos; e eletricidade. Esses combustíveis podem ser usados ​​em um sistema dedicado que queima um único combustível, ou em um sistema misto com outros combustíveis, incluindo gasolina ou diesel tradicional, como em veículos híbridos-elétricos ou de combustível flexível.

-  EPA

Definição no Canadá

No Canadá, desde 1996, os Regulamentos de Combustíveis Alternativos SOR / 96-453 Alternative Fuels Act definem o combustível alternativo:

Para os fins da definição de combustível alternativo na subseção 2 (1) da Lei, o seguinte, quando usado como a única fonte de energia de propulsão direta de um veículo motorizado, é prescrito como combustíveis alternativos:

(a) etanol;

(b) metanol;

(c) gás propano;

(d) gás natural;

(e) hidrogênio;

(f) eletricidade;

(g) para os fins das subseções 4 (1) e 5 (1) da Lei, qualquer combustível misturado que contenha pelo menos 50 por cento de um dos combustíveis referidos nos parágrafos (a) a (e); e

(h) para os fins das subseções 4 (2) e 5 (2) da Lei, qualquer combustível misturado que contenha um dos combustíveis mencionados nos parágrafos (a) a (e).

-  Regulamentos de Combustíveis Alternativos (SOR / 96-453)

China

Na China, os veículos movidos a combustíveis alternativos devem cumprir as diretrizes técnicas para a produção local de veículos movidos a combustíveis alternativos: eles devem ter uma vida útil de mais de 100.000 km e uma carga completa deve levar menos de sete horas. Até 80% de uma carga deve estar disponível após menos de 30 minutos de carregamento. Além disso, os veículos exclusivamente elétricos devem consumir energia elétrica inferior a 0,16 kWh / km.

História

O Regulamento n.º 83 da Comissão Económica para a Europa das Nações Unidas (UN / ECE) relativo à emissão de poluentes de acordo com os requisitos de carburante define o conceito de veículo a combustível alternativo .

Veículo a combustível alternativo ", um veículo projetado para ser capaz de funcionar com pelo menos um tipo de combustível gasoso à temperatura e pressão atmosféricas ou derivado de óleo substancialmente não mineral

-  Regulamento nº 83 da Comissão Econômica para a Europa das Nações Unidas (UN / ECE)

Em 1995, o Canadá ainda tinha uma lei que definia os combustíveis alternativos.

Combustível alternativo significa combustível que é

(a) para uso em veículos motorizados para fornecer propulsão direta,

(b) menos prejudicial ao meio ambiente do que os combustíveis convencionais, e

(c) prescrito pelo regulamento,

incluindo, sem limitar a generalidade do precedente, etanol, metanol, gás propano, gás natural, hidrogênio ou eletricidade quando usado como uma única fonte de energia de propulsão direta; (carburante de remoção)

-  Alternative Fuels Act, SC 1995, c. 20, aprovado em 22/06/1995

Biocombustível

Distribuidores de combustível alternativo em um posto de gasolina regular em Arlington, Virgínia . Biodiesel B20 à esquerda e etanol E85 à direita.

Os biocombustíveis também são considerados uma fonte renovável. Embora a energia renovável seja usada principalmente para gerar eletricidade, muitas vezes assume-se que alguma forma de energia renovável ou uma porcentagem é usada para criar combustíveis alternativos. A pesquisa está em andamento para encontrar culturas de biocombustíveis mais adequadas e melhorar a produção de óleo dessas culturas. Usando os rendimentos atuais, grandes quantidades de terra e água doce seriam necessárias para produzir óleo suficiente para substituir completamente o uso de combustível fóssil.

Biomassa

A biomassa na indústria de produção de energia é um material biológico vivo ou morto recentemente que pode ser usado como combustível ou para a produção industrial. Tornou-se popular entre as usinas de carvão, que mudam do carvão para a biomassa a fim de se converterem à geração de energia renovável sem desperdiçar a infraestrutura e a planta de geração existentes. A biomassa geralmente se refere a plantas ou materiais à base de plantas que não são usados ​​para alimentos ou rações e são especificamente chamados de biomassa de nitrocelulose. [2] Como fonte de energia, a biomassa pode ser usada diretamente por meio da combustão para produzir calor ou indiretamente após sua conversão em várias formas de biocombustível.

Combustíveis à base de algas

Biocombustíveis à base de algas têm sido promovidos na mídia como uma panacéia potencial para os problemas de transporte à base de petróleo bruto. As algas podem render mais de 2.000 galões de combustível por acre por ano de produção. Combustíveis à base de algas estão sendo testados com sucesso pela Marinha dos EUA. Os plásticos à base de algas mostram potencial para reduzir o desperdício e espera-se que o custo por libra do plástico de algas seja mais barato do que os preços do plástico tradicional.

Biodiesel

Ônibus movido a óleo vegetal no festival South by South West, Austin, Texas (março de 2008).

O biodiesel é feito de gorduras animais ou óleos vegetais, recursos renováveis ​​que vêm de plantas como atrofia, soja, girassóis, milho, azeitona, amendoim, palma, coco, cártamo, canola, gergelim, caroço de algodão, etc. Uma vez que essas gorduras ou os óleos são filtrados de seus hidrocarbonetos e, em seguida, combinados com álcool como o metanol, o diesel é trazido à vida a partir dessa reação química. Essas matérias-primas podem ser misturadas com diesel puro para fazer várias proporções ou usadas sozinhas. Apesar da preferência de mistura, o biodiesel liberará um número menor de poluentes (partículas de monóxido de carbono e hidrocarbonetos) do que o diesel convencional, porque o biodiesel queima de forma limpa e mais eficiente. Mesmo com a quantidade reduzida de enxofre do diesel regular da invenção do LSD (diesel com ultra baixo teor de enxofre), o biodiesel excede esses níveis porque é livre de enxofre.

Álcool Combustíveis

O metanol e o etanol combustível são fontes primárias de energia; eles são combustíveis convenientes para armazenar e transportar energia. Esses álcoois podem ser usados ​​em motores de combustão interna como combustíveis alternativos. O butano tem outra vantagem: é o único combustível para motor à base de álcool que pode ser transportado prontamente pelas redes de dutos de derivados de petróleo existentes, em vez de apenas por caminhões-tanque e vagões ferroviários.

Amônia

A amônia (NH 3 ) pode ser usada como combustível. Os benefícios da amônia para os navios incluem a redução das emissões de gases de efeito estufa. A redução do nitrogênio está sendo considerada como um possível componente para células a combustível e motores de combustão por meio da pesquisa de conversão de amônia em gás nitrogênio e gás hidrogênio.

Combustíveis de Emulsão

O diesel também pode ser emulsificado com água para ser usado como combustível. Ajuda a melhorar a eficiência do motor e a reduzir as emissões de escape.

Combustíveis neutros em carbono e negativos

Combustível neutro em carbono é um combustível sintético - como metano , gasolina , óleo diesel ou combustível de aviação - produzido a partir de energia renovável ou nuclear usada para hidrogenar dióxido de carbono residual reciclado de gases de exaustão de usinas de energia ou derivado de ácido carbólico na água do mar . Esses combustíveis são potencialmente neutros em carbono porque não resultam em um aumento líquido dos gases de efeito estufa atmosféricos . Na medida em que os combustíveis neutros em carbono deslocam os combustíveis fósseis , ou se eles são produzidos a partir de resíduos de carbono ou ácido carbólico da água do mar, e sua combustão está sujeita à captura de carbono na chaminé ou tubo de escape, eles resultam em emissão negativa de dióxido de carbono e dióxido de carbono líquido remoção da atmosfera e, portanto, constituem uma forma de remediação de gases de efeito estufa . Esses combustíveis neutros em carbono e negativos podem ser produzidos pela eletrólise da água para fazer hidrogênio usado na reação sabática para produzir metano que pode então ser armazenado para ser queimado posteriormente em usinas de energia como gás natural sintético , transportado por duto , caminhão ou tanque navio , ou ser usado em processos de gás para líquidos , como o processo Fischer-Tropsch para fazer transporte tradicional ou combustíveis para aquecimento .

Combustíveis neutros em carbono foram propostos para armazenamento distribuído de energia renovável , minimizando problemas de energia eólica e solar intermitente e permitindo a transmissão de energia eólica, hídrica e solar por meio de dutos de gás natural existentes. Esses combustíveis renováveis ​​poderiam aliviar os custos e as questões de dependência dos combustíveis fósseis importados sem exigir a eletrificação da frota de veículos ou a conversão para hidrogênio ou outros combustíveis, permitindo a continuidade de veículos compatíveis e acessíveis. A Alemanha construiu uma usina de metano sintético de 250 quilowatts, que está aumentando para 10 megawatts. Audi construiu uma planta de gás natural liquefeito de carbono neutro (GNL) em Werlte, Alemanha . A planta destina-se a produzir combustível de transporte para compensar o GNL usado em seus automóveis A3 Sportback g-tron e pode manter 2.800 toneladas métricas de CO 2 fora do meio ambiente por ano em sua capacidade inicial. Outros empreendimentos comerciais estão ocorrendo em Columbia, Carolina do Sul , Camarillo, Califórnia e Darlington, Inglaterra .

A fonte menos cara de carbono para reciclagem em combustível são as emissões de gases de combustão da queima de combustível fóssil , onde pode ser extraído por cerca de US $ 7,50 por tonelada. A captura de gases de escape de automóveis também foi proposta para ser econômica, mas exigiria grandes alterações de projeto ou retrofit. Como o ácido carbônico na água do mar está em equilíbrio químico com o dióxido de carbono atmosférico, a extração do carbono da água do mar foi estudada. Os pesquisadores estimam que a extração de carbono da água do mar custaria cerca de US $ 50 por tonelada. A captura de carbono do ar ambiente é mais cara, entre $ 600 e $ 1000 por tonelada e é considerada impraticável para síntese de combustível ou sequestro de carbono .

A energia eólica noturna é considerada a forma mais econômica de energia elétrica para sintetizar combustível, porque a curva de carga da eletricidade atinge um pico acentuado durante as horas mais quentes do dia, mas o vento tende a soprar um pouco mais à noite do que durante o dia. Portanto, o preço da energia eólica noturna costuma ser muito mais barato do que qualquer outra alternativa. Os preços da energia eólica fora do pico em áreas de alta penetração do vento dos EUA foram em média 1,64 centavos por quilowatt-hora em 2009, mas apenas 0,71 centavos / kWh durante as menos caras seis horas do dia. Normalmente, a eletricidade no atacado custa 2 a 5 centavos / kWh durante o dia. As empresas comerciais de síntese de combustível sugerem que podem produzir combustível por menos do que os combustíveis do petróleo , quando o petróleo custa mais de US $ 55 por barril. A Marinha dos Estados Unidos estima que a produção a bordo de combustível para aviação a partir da energia nuclear custaria cerca de US $ 6 por galão. Embora tenha sido cerca de duas vezes o custo do petróleo em 2010, espera-se que seja muito menor do que o preço de mercado em menos de cinco anos se as tendências recentes continuarem. Além disso, como a entrega de combustível para um grupo de batalha de porta - aviões custa cerca de US $ 8 por galão, a produção a bordo já é muito mais barata. No entanto, a energia nuclear civil dos EUA é consideravelmente mais cara do que a energia eólica. A estimativa da Marinha de que 100 megawatts podem produzir 41.000 galões de combustível por dia indica que a produção terrestre de energia eólica custaria menos de US $ 1 por galão.

Hidrogênio e ácido fórmico

O hidrogênio é um combustível sem emissões. O subproduto da queima do hidrogênio é a água, embora alguns óxidos de mononitrogênio NOx sejam produzidos quando o hidrogênio é queimado com o ar.

Outro combustível é o ácido fórmico. O combustível é usado convertendo-o primeiro em hidrogênio e usando-o em uma célula de combustível . O ácido fórmico é muito mais fácil de armazenar do que o hidrogênio.

Mistura de hidrogênio / gás natural comprimido

HCNG (ou H2CNG) é uma mistura de gás natural comprimido e 4-9 por cento de hidrogênio por energia. O hidrogênio também pode ser usado como gás hidroxi para melhores características de combustão do motor CI. O gás hidroxilado é obtido pela eletrólise da água.

Ar comprimido

O motor a ar é um motor a pistão sem emissões que usa ar comprimido como combustível. Ao contrário do hidrogênio, o ar comprimido é cerca de um décimo mais caro que o combustível fóssil, o que o torna um combustível alternativo economicamente atraente.

Propano autogás

O propano é um combustível de alto desempenho e de queima mais limpa, derivado de fontes múltiplas. É conhecido por muitos nomes, incluindo propano, LPG (gás propano liquefeito), LPA (gás propano líquido), Autogás e outros. O propano é um combustível hidrocarboneto e faz parte da família do gás natural.

O propano como combustível automotivo compartilha muitos dos atributos físicos da gasolina enquanto reduz as emissões do tubo de escape e também as emissões das rodas em geral. O propano é o combustível alternativo número um no mundo e oferece uma abundância de abastecimento, armazenamento de líquido a baixa pressão, um excelente histórico de segurança e grande economia de custos quando comparado aos combustíveis tradicionais.

O propano fornece uma classificação de octanagem entre 104 e 112, dependendo da composição das razões butano / propano da mistura. O gás automático de propano em um formato de injeção de líquido captura a mudança de fase do estado líquido para o gás dentro do cilindro do motor de combustão, produzindo um efeito de "intercooler", reduzindo a temperatura do cilindro e aumentando a densidade do ar. O efeito resultante permite mais avanço no ciclo de ignição e uma combustão do motor mais eficiente.

O propano carece de aditivos, detergentes ou outros aprimoramentos químicos, reduzindo ainda mais a saída de exaustão do tubo de escape. A combustão mais limpa também tem menos emissões de particulados, menor NO x devido à combustão completa do gás dentro do cilindro, maiores temperaturas de exaustão aumentando a eficiência do catalisador e depositando menos ácido e carbono dentro do motor, o que estende a vida útil do lubrificante óleo.

O gás propano é gerado no poço junto com outros produtos de gás natural e petróleo. É também um subproduto dos processos de refino que aumentam ainda mais a oferta de Propano ao mercado.

O propano é armazenado e transportado em estado líquido a cerca de 5 bar (73 psi) de pressão. Os veículos de abastecimento são semelhantes à gasolina na velocidade de entrega com equipamentos de abastecimento modernos. Postos de abastecimento de propano requerem apenas uma bomba para transferir o combustível do veículo e não requerem sistemas de compressão caros e lentos quando comparados ao gás natural comprimido, que normalmente é mantido a mais de 3.000 psi (210 bar).

Em um formato de veículo, autogás de propano pode ser adaptado para quase qualquer motor e fornecer economia de custos de combustível e emissões reduzidas, sendo mais eficiente como um sistema geral devido à grande infraestrutura de abastecimento de propano pré-existente que não requer compressores e o resíduo resultante de outros combustíveis alternativos em ciclos de vida de poço e roda.

Veículos a gás natural

O gás natural comprimido (GNV) e o gás natural liquefeito (GNL) são duas alternativas de combustíveis mais limpos aos combustíveis líquidos convencionais para automóveis .

Tipos de combustível de gás natural comprimido

Os veículos a gás natural comprimido (GNV) podem usar COG renovável e não renovável.

O GNV convencional é produzido a partir de muitas reservas subterrâneas de gás natural que estão em ampla produção em todo o mundo hoje. Novas tecnologias, como perfuração horizontal e fraturamento hidráulico para acessar economicamente recursos de gás não convencionais , parecem ter aumentado o fornecimento de gás natural de forma fundamental.

O gás natural renovável ou biogás é um gás à base de metano com propriedades semelhantes ao gás natural que pode ser usado como combustível de transporte. As fontes atuais de biogás são principalmente aterros, esgotos e resíduos animais / agro-pecuários. Com base no tipo de processo, o biogás pode ser dividido em: biogás produzido por digestão anaeróbica, gás de aterro coletado de aterros sanitários, tratado para remover vestígios de contaminantes e gás natural sintético (SNG).

Praticidade

Em todo o mundo, esse gás abastece mais de 5 milhões de veículos, e pouco mais de 150.000 deles estão nos EUA. O uso nos EUA está crescendo a uma taxa dramática.

Análise ambiental

Como o gás natural emite poucos poluentes quando queimado, a qualidade do ar mais limpa foi medida em localidades urbanas que mudam para veículos a gás natural. Tubo de escape CO
2
pode ser reduzido em 15–25% em comparação com a gasolina, diesel. As maiores reduções ocorrem nos segmentos de caminhões médios e pesados, leves e caminhões de lixo.

CO
2
reduções de até 88% são possíveis com o uso do biogás.

Semelhanças com o hidrogênio

O gás natural, como o hidrogênio, é outro combustível que queima de forma limpa; mais limpo do que os motores a gasolina e diesel. Além disso, nenhum dos contaminantes que formam a fumaça é emitido. O hidrogênio e o gás natural são mais leves que o ar e podem ser misturados.

Energia nuclear e geradores radiotérmicos

Reatores nucleares

A energia nuclear é qualquer tecnologia nuclear projetada para extrair energia utilizável de núcleos atômicos por meio de reações nucleares controladas . O único método controlado agora prático usa a fissão nuclear em um combustível físsil (com uma pequena fração da energia proveniente do decaimento radioativo subsequente ). O uso da fusão nuclear de reação nuclear para geração de energia controlada ainda não é prático, mas é uma área ativa de pesquisa.

A energia nuclear é normalmente usada por meio de um reator nuclear para aquecer um fluido de trabalho, como a água, que é então usado para criar pressão de vapor, que é convertida em trabalho mecânico com a finalidade de gerar eletricidade ou propulsão na água. Hoje, mais de 15% da eletricidade mundial vem da energia nuclear, e mais de 150 navios de guerra movidos a energia nuclear foram construídos.

Em teoria, a eletricidade de reatores nucleares também poderia ser usada para propulsão no espaço, mas isso ainda não foi demonstrado em um vôo espacial. Alguns reatores menores, como o reator nuclear TOPAZ , são construídos para minimizar partes móveis e usam métodos que convertem energia nuclear em eletricidade mais diretamente, tornando-os úteis para missões espaciais, mas esta eletricidade tem sido historicamente usada para outros fins. A energia da fissão nuclear foi usada em várias espaçonaves, todas elas não tripuladas. Os soviéticos até 1988 orbitavam 33 reatores nucleares em satélites de radar militar RORSAT , onde a energia elétrica gerada era usada para alimentar uma unidade de radar que localizava navios nos oceanos da Terra. Os EUA também orbitaram um reator nuclear experimental em 1965, na missão SNAP-10A .

Reatores nucleares alimentados com tório

Reatores de energia nuclear baseados em tório também se tornaram uma área de pesquisa ativa nos últimos anos. Ele está sendo apoiado por muitos cientistas e pesquisadores, e o professor James Hansen, ex-diretor do Instituto Goddard de Estudos Espaciais da NASA , afirmou: “Depois de estudar as mudanças climáticas por mais de quatro décadas, está claro para mim que o mundo está caminhando para um catástrofe climática, a menos que desenvolvamos fontes de energia adequadas para substituir os combustíveis fósseis . Energia nuclear mais segura, mais limpa e mais barata pode substituir o carvão e é desesperadamente necessária como uma parte essencial da solução ”. O tório é 3-4 vezes mais abundante na natureza do que o urânio , e seu minério, a monazita , é comumente encontrado nas areias ao longo de corpos d'água. O tório também ganhou interesse porque poderia ser mais fácil de obter do que o urânio. Enquanto as minas de urânio são fechadas no subsolo e, portanto, muito perigosas para os mineiros, o tório é retirado de minas a céu aberto. A monazita está presente em países como Austrália, Estados Unidos e Índia, em quantidades grandes o suficiente para abastecer a Terra por milhares de anos. Como alternativa aos reatores nucleares movidos a urânio, comprovou-se que o tório aumenta a proliferação, produz resíduos radioativos para depósitos geológicos profundos como o tecnécio-99 (meia-vida acima de 200.000 anos) e tem um ciclo de combustível mais longo.

Para obter uma lista de reatores alimentados por tório experimentais e atualmente em operação, consulte o ciclo de combustível de tório # Lista de reatores alimentados por tório .

Geradores radiotérmicos

Além disso, os radioisótopos têm sido usados ​​como combustíveis alternativos, em ambas as terras e no espaço. O uso do solo está diminuindo devido ao perigo de roubo de isótopos e danos ambientais se a unidade for aberta. A decadência de radioisótopos gera calor e eletricidade em muitas sondas espaciais, particularmente sondas para planetas externos onde a luz do sol é fraca e baixas temperaturas são um problema. Os geradores radiotérmicos (RTGs) que usam esses radioisótopos como combustíveis não sustentam uma reação em cadeia nuclear, mas sim geram eletricidade a partir da decadência de um radioisótopo que (por sua vez) foi produzido na Terra como uma fonte de energia concentrada (combustível) usando energia de um reator nuclear baseado na Terra .

Veja também

Referências

links externos