Co je bioetanolové palivo a jaké jsou jeho výhody?
Možná jste v posledních letech zaznamenali zprávy o automobilech, které jezdí na alkohol místo na benzín. Myšlenka využití etanolu jako paliva pro automobily je známá již delší dobu, ale teprve nedávno se tento koncept začal vážně zkoumat. Nahrazením ropného paliva alkoholem bychom mohli eliminovat škodlivé výfukové plyny, které produkuje každé auto, které používá jako palivo benzín.
Bioetanol je zajímavé alternativní palivo, které se těší zájmu výzkumníků, spotřebitelů i výrobců automobilů. Co je to ale bioetanol a proč je považován za tak perspektivní?
Co je bioetanolové palivo?
Etanol je již dlouho jednou z nejuniverzálnějších a nejdůležitějších látek, které máme k dispozici. Většina lidí zná etanol jako alkohol obsažený v alkoholických nápojích. Pro chemiky je však etanol mnohem víc než jen psychoaktivní droga; je to rozpouštědlo s nekonečnou řadou průmyslových a chemických aplikací. V posledních letech se etanol stal také potenciálním obnovitelným palivem pro automobily a životaschopnou alternativou k benzinu na bázi ropy.
Bioetanol se jednoduše vztahuje na etanol vyrobený z biomasy. Pokud vás zajímá, z čeho se vyrábí palivo na bázi bioetanolu, zde je odpověď. Biomasa je široký pojem, který zahrnuje jakýkoli materiál pocházející z živého nebo nedávno zemřelého organismu. Nejběžnějším příkladem biomasy je dřevo. Spalováním dřeva můžeme přímo uvolnit energii, kterou obsahuje, a použít ji jako palivo. Mezi další běžné kategorie biomasy patří zemědělské zbytky a zvířecí hnůj, potravinářský a průmyslový odpad a energetické plodiny.
Jak se vyrábí bioetanolové palivo?
Z biomasy, obvykle ve formě energetických plodin, lze vyrábět bioetanol procesem zvaným fermentace, stejným procesem, při kterém se kyselina sírová používá k výrobě alkoholických nápojů. K výrobě bioetanolu fermentací lze použít kukuřici, cukrovou třtinu, řasy a řadu dalších běžně dostupných rostlin. Během procesu kvašení spotřebovávají určité druhy kvasinek cukry obsažené v biomase. Při jejich trávení vznikají jako vedlejší produkty etanol a oxid uhličitý (CO2).
Biomasa obvykle obsahuje řadu složitých sacharidových polymerů zvaných celulóza, které se nacházejí v buněčných stěnách rostlin. Aby se vytvořilo dostatečné množství cukru pro kvašení, musí být biomasa ošetřena speciálními kyselinami nebo enzymy. Ty rozkládají některé odolnější rostlinné buňky a odhalují jejich vnitřní strukturu dalším procesem zvaným hydrolýza. Hydrolýzou celulózy vzniká sacharózový cukr, který lze následně zkvasit na etanol. Existují tři hlavní způsoby extrakce cukru ze vzorku biomasy: enzymatická hydrolýza, zředěná kyselá hydrolýza a koncentrovaná kyselá hydrolýza.
Enzymatická hydrolýza: Ke vzorku biomasy se přidají speciální enzymy. Tyto enzymy rozkládají rostlinné buňky a hydrolyzují celulózu za vzniku sacharózy. Tato metoda je nedávnou novinkou a v současné době je její zavedení velmi nákladné. Očekává se však, že s postupným zdokonalováním procesu se stane ekonomičtějším.
Hydrolýza zředěnou kyselinou: Tato metoda je nejstarší a nejjednodušší. V současné době je to také nejefektivnější způsob využití biomasy pro výrobu etanolu, i když to se může v budoucnu změnit. Proces se skládá ze dvou fází, kdy se k biomase přidává kyselina sírová zředěná na méně než 1% a zahřátá na 190 až 215 °C. Slabá kyselina a vysoká teplota hydrolyzují celulózu. Vzniklou kapalinu lze následně získat a zpracovat.
Koncentrovaná kyselá hydrolýza: Koncentrovaná kyselá hydrolýza používá mnohem silnější (70-77%) koncentraci kyseliny sírové, která se přidává k vysušené biomase a zvyšuje se na teplotu 50 stupňů Celsia. Směs se pak ředí vodou, dokud se koncentrace neocitne v rozmezí 20-30% stupňů Celsia, a poté se zahřívá na 100 stupňů Celsia po dobu jedné hodiny. Výsledkem tohoto procesu je gel, který lze stlačit, aby se uvolnila směs cukru a kyseliny. Směs se oddělí pomocí chromatografické kolony.
Jaké jsou výhody paliva na bázi bioetanolu?
Bioetanol nabízí oproti starším typům paliva řadu výhod. Jedním z hlavních důvodů je však to, že k jeho výrobě lze použít jakoukoli rostlinu obsahující cukr a škrob. S postupujícím výzkumem a zdokonalováním procesů, které používáme k extrakci a kvašení cukrů, můžeme očekávat, že se výnosy budou zvyšovat. V současné době se za mnohem vhodnější pro výrobu bioetanolu považuje několik plodin, ale to se může časem změnit.
Výroba bioetanolu je mnohem šetrnější k životnímu prostředí než výroba jiných konvenčních paliv a probíhají snahy o další snižování uhlíkové stopy. Výroba bioetanolu by měla být v zásadě uhlíkově neutrální, protože jediný CO2, který se uvolňuje do atmosféry, je CO2 absorbovaný rostlinou při fotosyntéze.
Výroba bioetanolu je nejen ekologičtější než výroba jiných druhů paliv, ale při jeho použití vznikají mnohem čistší výpary. Ethanol hoří úplně, nevznikají při něm žádné škodlivé vedlejší produkty jako u jiných druhů paliv. Pokud se bioetanol používá jako palivo pro spalovací motory v automobilech, jsou výfukové plyny často čistší než okolní vzduch, zejména v městském prostředí.
Protože etanol biologicky odbouratelné, nepředstavuje únik paliva potenciální ekologickou katastrofu, jako je tomu v případě ropy. Pokud se etanol dostane do vody, zředí se na nízkou, netoxickou koncentraci.
K čemu se používá bioetanol?
Bioetanolové palivo se používá v různých oblastech a očekává se, že s postupujícím časem a zdokonalováním výrobních metod bude nacházet další uplatnění. Pokud se každý rok ptáte, k čemu se používá bioetanol, zjistíte, že seznam je stále delší. Dvě nejvýznamnější využití bioethanolu jsou jako aditivum nebo alternativa k benzinu a jako palivo pro speciální krby.
Přidáním etanolu do benzinu se zvýší oktanové číslo, čímž se zvýší jeho odolnost proti detonaci. Výsledkem je, že více paliva shoří, než aby explodovalo. Zvyšování oktanového čísla paliva je obvykle velmi nákladný proces; přidávání etanolu do nekvalitního paliva zlepšuje jeho výkon, aniž by se výrazně zvýšily náklady. Mnoho výrobců automobilů také začalo ve svých vozidlech podporovat palivo E85, což je palivo vyrobené z 85% etanolu a 15% ropných produktů.
Krby na bioetanol jsou také stále běžnější a časem by mohly zcela nahradit klasické krby. Protože bioetanol hoří čistě a neprodukuje žádné toxické produkty spalování, krby na bioetanol nepotřebují komín, který by odváděl kouř; nemusíte se obávat žádného kouře. Protože krby na bioethanol nevyžadují další infrastrukturu, lze je používat volně stojící v situacích, kdy by použití běžného krbu nebylo možné. Pokud vás zajímá, jak dlouho vydrží bioetanolové palivo nepřetržitě hořet v krbu, odpověď zní: 4 až 8 hodin. Krby na bioetanol obvykle umožňují uživateli regulovat rychlost spalování paliva pomocí různých nastavení teploty. Čím více produkuje, tím rychleji spotřebovává palivo.
Co znamená bioetanol pro budoucnost výroby pohonných hmot?
Bioetanol není jediným biopalivem. V současné době je však nejvýznamnější a její první úspěchy byly hlavním motorem výzkumu dalších souvisejících technologií. Dalšími dvěma významnými příklady podobných konceptů jsou bionafta a vodíkové palivo. Zkoumáním toho, jak se vyrábí bionafta, bioetanol a vodíkové palivo, můžeme začít chápat, jak bude vypadat budoucnost technologií čisté energie.
Dalším slibným alternativním palivem, které lze vyrábět z olejů a tuků, je bionafta. Na bionaftu lze zpracovat odpadní kuchyňský olej, rostlinný olej a živočišné tuky. Stejně jako bioetanol přitahuje bionafta zájem jako možná alternativa nebo doplněk k benzinu. Hlavní výhodou bionafty je, že ji lze vyrobit recyklací široké škály snadno dostupných produktů. Lze jej použít i ve stávajících vznětových motorech bez nutnosti úprav.
Vodíkové palivo je dalším alternativním zdrojem paliva, který je mnohem šetrnější k životnímu prostředí než benzín. Přestože je vodík nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru, je také nejlehčí. Volný vodík je proto na Zemi vzácný, protože se vznáší ve vesmíru. Většina průmyslově vyráběného vodíku se vyrábí parním reformingem, který vyžaduje fosilní paliva. Probíhá však výzkum výroby vodíku z biomasy a elektrolýzy vody. Pokud tyto snahy povedou k čisté a účinné výrobě vodíku, mohl by mít jako zdroj paliva zásadní význam.
Vzhledem k tomu, že důsledky změny klimatu způsobené člověkem se začínají projevovat a zasahují všechny kouty planety, výzkum alternativních zdrojů energie nebyl nikdy důležitější. Žádná technologie nám neumožní zmírnit dopady změny klimatu, ale přechodem na uhlíkově neutrální technologie můžeme začít snižovat náš dopad na životní prostředí.
Biopaliva, jako je bioetanol, nám umožňují nahlédnout, jak by mohla vypadat budoucnost čisté energie. Biomasa je na naší planetě hojná a můžeme ji využít k uspokojení našich energetických potřeb bez nevýhod spojených se spalováním fosilních paliv. V nadcházejících desetiletích bude bioetanol a další biopaliva jistě hrát důležitou roli při snižování naší uhlíkové stopy.