Какво представлява горивото с биоетанол и какви са ползите от него?
През последните години може би сте виждали репортажи за автомобили, които се задвижват с алкохол, а не с бензин. Идеята за използване на етанол за гориво на автомобилите съществува от известно време, но едва отскоро тази концепция е сериозно проучена. Ако заменим горивото от нефт с алкохол, ще можем да премахнем вредните изгорели газове, които всеки автомобил отделя, когато използва бензин за гориво.
Биоетанолът е вълнуващо алтернативно гориво, което се радва на интерес от страна на изследователите, потребителите и производителите на автомобили. Но какво представлява биоетанолът и защо се смята за толкова перспективен?
Какво представлява горивото с биоетанол?
Етанолът отдавна е едно от най-универсалните и важни вещества, с които разполагаме. Повечето хора познават етанола като алкохола, който се съдържа в алкохолните напитки. Но за химиците етанолът е много повече от психоактивен наркотик; той е разтворител с безкраен набор от промишлени и химически приложения. През последните години етанолът се наложи и като потенциално възобновяемо гориво за автомобилите и жизнеспособна алтернатива на бензина на петролна основа.
Биоетанол се отнася просто за етанол, произведен от биомаса. Ако се чудите от какво се състои горивото от биоетанол, ето ви отговора. Биомасата е широк термин, който включва всеки материал, получен от жив или наскоро починал организъм. Дървесината е най-разпространеният пример за биомаса. При изгарянето на дървесина можем директно да освободим енергията, която тя съдържа, и да я използваме като гориво. Други често срещани категории биомаса включват селскостопански остатъци и животински тор, хранителни и промишлени отпадъци и енергийни култури.
Как се произвежда горивото от биоетанол?
От биомасата, обикновено под формата на енергийни култури, може да се произвежда биоетанол чрез процес, наречен ферментация - същият процес, при който се използва сярна киселина за производство на алкохолни напитки. Царевицата, захарната тръстика, водораслите и редица други широко разпространени растения могат да се използват за производство на биоетанол чрез ферментация. По време на процеса на ферментация определени видове дрожди консумират захарите в биомасата. При разграждането им те произвеждат етанол и въглероден диоксид (CO2) като странични продукти.
Биомасата обикновено съдържа серия от сложни въглехидратни полимери, наречени целулоза, които се намират в клетъчните стени на растенията. За да се получи достатъчно захар за ферментация, биомасата трябва да се обработи със специални киселини или ензими. Те разрушават някои от по-устойчивите растителни клетки, като разкриват вътрешната им структура чрез друг процес, наречен хидролиза. При хидролизата на целулозата се получава захар захароза, която след това може да се ферментира, за да се получи етанол. Съществуват три основни начина за извличане на захар от проба от биомаса: ензимна хидролиза, хидролиза с разредена киселина и хидролиза с концентрирана киселина.
Ензимна хидролиза: Към пробата от биомаса се добавят специални ензими. Тези ензими разграждат растителните клетки и хидролизират целулозата, за да се получи захароза. Този метод е скорошна иновация и понастоящем е много скъп за прилагане. Очаква се обаче с течение на времето процесът да стане по-икономичен, тъй като се усъвършенства.
Хидролиза с разредена киселина: Този метод е най-старият и най-простият. Понастоящем това е и най-ефективният начин за използване на биомаса за производство на етанол, въпреки че това може да се промени в бъдеще. Процесът се състои от два етапа, като всеки път към биомасата се добавя сярна киселина, разредена до по-малко от 1% и загрята до 190-215 градуса по Целзий. Слабата киселина и високата температура хидролизират целулозата. След това получената течност може да бъде извлечена и обработена.
Концентрирана киселинна хидролиза: Концентрираната киселинна хидролиза използва много по-силна (70-77%) концентрация на сярна киселина, която се добавя към изсушената биомаса и се повишава до температура от 50 градуса по Целзий. След това сместа се разрежда с вода до концентрация между 20-30% градуса по Целзий, след което се загрява до 100 градуса по Целзий за един час. В резултат на този процес се получава гел, който може да се пресова, за да се освободи смес от захар и киселина. Сместа се разделя с помощта на хроматографска колона.
Какви са предимствата на горивото от биоетанол?
Биоетанол предлага многобройни предимства в сравнение с по-старите видове горива. Една от основните причини обаче е, че за производството му може да се използва всяко растение, което съдържа захар и нишесте. С напредването на научните изследвания и усъвършенстването на процесите, които използваме за извличане и ферментация на захари, можем да очакваме увеличаване на добивите. Понастоящем се счита, че няколко култури са много по-подходящи за производство на биоетанол, но това може да се промени с течение на времето.
Производството на гориво от биоетанол е много по-екологично в сравнение с други конвенционални горива и се полагат постоянни усилия за по-нататъшно намаляване на въглеродния отпечатък. По принцип производството на биоетанол би трябвало да е въглеродно неутрално, тъй като единственият CO2, който се отделя в атмосферата, е CO2, погълнат от растението при фотосинтеза.
Производството на биоетанол е не само по-екологично от другите видове производство на горива, но и когато горивото се използва, то произвежда много по-чисти изпарения. Етанолът изгаря напълно; няма вредни странични продукти, както при другите видове горива. Когато биоетанолът се използва като гориво за двигателите с вътрешно горене в автомобилите, отработените газове често са по-чисти от околния въздух, особено в градска среда.
Защото етанол биоразградими, разливите на гориво не са потенциални екологични бедствия, както е в случая с нефта. Ако етанолът попадне във водата, той ще се разреди до ниска, нетоксична концентрация.
За какво се използва горивото от биоетанол?
Горивото от биоетанол се използва в различни области и се очаква да намери все повече приложения с напредването на времето и усъвършенстването на производствените методи. Ако всяка година питате за какво се използва горивото от биоетанол, ще видите, че списъкът става все по-дълъг. Двете най-значими употреби на биоетанола са като добавка или алтернатива на бензина и като гориво за специални камини.
Добавянето на етанол към бензина увеличава октановото число, което го прави по-устойчив на детонация. В резултат на това по-голяма част от горивото изгаря, а не се взривява. Повишаването на октановото число на горивото обикновено е много скъп процес; добавянето на етанол към нискокачественото гориво подобрява неговите характеристики, без да увеличава значително разходите. Много производители на автомобили също започнаха да използват Е85 в своите автомобили, което е гориво, произведено от 85% етанол и 15% петролни продукти.
Камини на биоетанол също стават все по-разпространени и в крайна сметка биха могли да заменят напълно традиционните камини. Тъй като биоетанолът гори толкова чисто и не произвежда токсични продукти на горене, камините на биоетанол не се нуждаят от комин, който да отвежда дима; няма нужда да се притеснявате за дима. Тъй като камините на биоетанол не се нуждаят от допълнителна инфраструктура, те могат да се използват като свободностоящи в ситуации, в които поставянето на конвенционална камина би било невъзможно. Ако се чудите колко време издържа горивото на биоетанол при продължително изгаряне в камина, отговорът е 4 до 8 часа. Камините на биоетанол обикновено позволяват на потребителя да контролира скоростта, с която горивото се изгаря, чрез различни настройки на топлината. Колкото повече произвежда, толкова по-бързо изразходва гориво.
Какво означава биоетанолът за бъдещето на производството на горива?
Биоетанолът не е единственото биогориво в света. Въпреки това в момента тя е най-известната и нейните ранни успехи са основен двигател на изследванията на други свързани технологии. Други два известни примера за подобни концепции са биодизелът и водородното гориво. Като проучим как се произвеждат биодизел, биоетанол и водородно гориво, можем да разберем как ще изглежда бъдещето на технологиите за чиста енергия.
Биодизелът е друго обещаващо алтернативно гориво, което може да се произвежда от масла и мазнини. Отпадъчното олио за готвене, растителното масло и животинските мазнини могат да бъдат превърнати в биодизел. Подобно на биоетанола, биодизелът привлича интерес като възможна алтернатива или допълнение към бензина. Основното предимство на биодизела е, че той може да се произвежда от рециклирането на широк спектър от лесно достъпни продукти. Той може да се използва и в съществуващи дизелови двигатели, без да е необходимо да се правят промени.
Водородното гориво е друг алтернативен източник на гориво, който е много по-екологичен от бензина. Въпреки че водородът е най-разпространеният елемент във Вселената, той е и най-лекият. В резултат на това свободният водород е рядкост на Земята, тъй като се носи в пространството. По-голямата част от промишлено произвеждания водород се получава чрез парен риформинг, който изисква изкопаеми горива. Въпреки това в момента се провеждат изследвания за производство на водород от биомаса и електролиза на вода. Ако тези усилия доведат до чисто и ефикасно производство на водород, той може да се окаже изключително важен източник на гориво.
Тъй като последиците от предизвиканото от човека изменение на климата започват да се проявяват и засягат всяко кътче на планетата, изследванията в областта на алтернативната енергия никога не са били по-важни. Нито една технология не може да ни позволи да смекчим последиците от изменението на климата, но чрез преминаване към въглеродно неутрални технологии, където е възможно, можем да започнем да намаляваме въздействието си върху околната среда.
Биогорива като биоетанола ни дават представа за това как би могло да изглежда бъдещето на чистата енергия. Биомасата е в изобилие на нашата планета и можем да я използваме, за да посрещнем енергийните си нужди без недостатъците, свързани с изгарянето на изкопаеми горива. През следващите десетилетия биоетанолът и другите биогорива със сигурност ще играят важна роля за намаляване на въглеродния отпечатък на нашата цивилизация.