Was ist Bioethanol-Kraftstoff und was sind seine Vorteile?
Vielleicht haben Sie in den letzten Jahren Nachrichtenberichte über Autos gesehen, die mit Alkohol statt mit Benzin fahren. Die Idee, Ethanol als Kraftstoff für Fahrzeuge zu verwenden, gibt es schon seit einiger Zeit, aber erst seit kurzem wird das Konzept ernsthaft erforscht. Durch den Ersatz von erdölbasiertem Kraftstoff durch Alkohol könnten wir die schädlichen Abgase beseitigen, die jedes Auto produziert, wenn es Benzin als Kraftstoff verwendet.
Bioethanol ist ein spannender alternativer Kraftstoff, der das Interesse von Forschern, Verbrauchern und Autoherstellern weckt. Doch was ist Bioethanol, und warum gilt es als so vielversprechend?
Was ist Bioethanol-Kraftstoff?
Ethanol ist seit langem eine der vielseitigsten und wichtigsten Substanzen, die uns zur Verfügung stehen. Die meisten Menschen kennen Ethanol als den Alkohol, der in alkoholischen Getränken enthalten ist. Aber für Chemiker ist Ethanol viel mehr als eine psychoaktive Droge; es ist ein Lösungsmittel mit einer endlosen Reihe von industriellen und chemischen Anwendungen. In den letzten Jahren hat sich Ethanol auch als potenzieller erneuerbarer Kraftstoff für Automobile und als Alternative zu Benzin auf Erdölbasis herauskristallisiert.
Bioethanol bezieht sich einfach auf Ethanol, das aus Biomasse hergestellt wird. Wenn Sie sich fragen, woraus Bioethanol-Kraftstoff besteht, hier ist Ihre Antwort. Biomasse ist ein weit gefasster Begriff, der jedes Material umfasst, das von einem lebenden oder kürzlich verstorbenen Organismus stammt. Holz ist das häufigste Beispiel für Biomasse. Durch die Verbrennung von Holz können wir die darin enthaltene Energie direkt freisetzen und als Brennstoff nutzen. Andere gängige Kategorien von Biomasse sind landwirtschaftliche Rückstände und tierischer Dung, Lebensmittel- und Industrieabfälle sowie Energiepflanzen.
Wie wird Bioethanol-Kraftstoff hergestellt?
Biomasse, in der Regel in Form von Energiepflanzen, kann Bioethanol durch einen Prozess namens Fermentation erzeugen, den gleichen Prozess, bei dem Schwefelsäure zur Herstellung von alkoholischen Getränken verwendet wird. Mais, Zuckerrohr, Algen und eine Vielzahl anderer weit verbreiteter Pflanzen können zur Herstellung von Bioethanol durch Fermentation verwendet werden. Während des Fermentationsprozesses verbrauchen bestimmte Hefearten die Zucker in der Biomasse. Bei deren Verdauung entstehen Ethanol und Kohlendioxid (CO2) als Nebenprodukte.
Biomasse enthält in der Regel eine Reihe komplexer Kohlenhydratpolymere namens Zellulose, die in den Zellwänden von Pflanzen zu finden ist. Um genügend Zucker für die Fermentation zu produzieren, muss die Biomasse mit speziellen Säuren oder Enzymen behandelt werden. Diese brechen einige der widerstandsfähigeren Pflanzenzellen auf und legen ihre innere Struktur durch einen weiteren Prozess, die Hydrolyse, frei. Bei der Hydrolyse von Zellulose entsteht Saccharosezucker, der dann zu Ethanol vergoren werden kann. Es gibt drei Hauptmethoden, um Zucker aus einer Biomasseprobe zu extrahieren: enzymatische Hydrolyse, verdünnte saure Hydrolyse und konzentrierte saure Hydrolyse.
Enzymatische Hydrolyse: Der Biomasseprobe werden spezielle Enzyme zugesetzt. Diese Enzyme spalten die Pflanzenzellen auf und hydrolysieren die Zellulose, um Saccharose zu produzieren. Diese Methode ist eine neuere Innovation und derzeit sehr teuer in der Umsetzung. Es wird jedoch erwartet, dass es im Laufe der Zeit wirtschaftlicher wird, wenn der Prozess verfeinert wird.
Hydrolyse mit verdünnter Säure: Diese Methode ist die älteste und einfachste. Es ist auch die derzeit effizienteste Art, Biomasse für die Ethanolproduktion zu nutzen, obwohl sich das in Zukunft ändern könnte. Der Prozess besteht aus zwei Stufen, wobei jedes Mal Schwefelsäure, die auf weniger als 1% verdünnt und auf 190 - 215 Grad Celsius erhitzt ist, der Biomasse zugesetzt wird. Die schwache Säure und die hohe Hitze hydrolysieren die Zellulose. Die entstehende Flüssigkeit kann dann zurückgewonnen und weiterverarbeitet werden.
Konzentrierte Säurehydrolyse: Bei der konzentrierten Säurehydrolyse wird eine viel stärkere (70-77%) Konzentration von Schwefelsäure verwendet, die der getrockneten Biomasse zugesetzt und auf eine Temperatur von 50 Grad Celsius gebracht wird. Die Mischung wird dann mit Wasser verdünnt, bis die Konzentration zwischen 20-30%Grad Celsius liegt, bevor sie für eine Stunde auf 100 Grad Celsius erhitzt wird. Das Ergebnis dieses Prozesses ist ein Gel, das gepresst werden kann, um eine Mischung aus Zucker und Säure freizusetzen. Das Gemisch wird über eine chromatographische Säule getrennt.
Was sind die Vorteile von Bioethanol-Kraftstoff?
Bioethanol bietet zahlreiche Vorteile gegenüber älteren Kraftstoffarten. Einer der Hauptgründe ist jedoch, dass jede Pflanze, die Zucker und Stärke enthält, zur Herstellung verwendet werden kann. Mit dem Fortschritt der Forschung und der Verfeinerung der Prozesse, die wir zur Extraktion und Fermentierung des Zuckers verwenden, können wir erwarten, dass die Erträge steigen werden. Eine Handvoll Pflanzen wird derzeit als weit überlegen für die Bioethanolproduktion angesehen, aber das könnte sich mit der Zeit ändern.
Die Produktion von Bioethanol-Kraftstoff ist wesentlich umweltfreundlicher als andere konventionelle Kraftstoffe, und es gibt laufende Bemühungen, den Kohlenstoff-Fußabdruck weiter zu reduzieren. Im Prinzip sollte die Produktion von Bioethanol kohlenstoffneutral sein, da nur das von der Pflanze durch die Photosynthese aufgenommene CO2 in die Atmosphäre abgegeben wird.
Die Herstellung von Bioethanol ist nicht nur umweltfreundlicher als andere Arten der Kraftstoffherstellung, sondern erzeugt bei der Verwendung des Kraftstoffs auch viel sauberere Abgase. Ethanol verbrennt vollständig; es entstehen keine schädlichen Nebenprodukte wie bei anderen Kraftstoffarten. Wenn Bioethanol als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren in Autos verwendet wird, sind die Abgase oft sauberer als die Umgebungsluft, besonders in städtischen Umgebungen.
Denn Ethanol Da Kraftstoff biologisch abbaubar ist, stellt er keine potenzielle Umweltkatastrophe dar, wie es bei Öl der Fall ist. Wenn Ethanol ins Wasser gelangt, verdünnt es sich auf eine niedrige, ungiftige Konzentration.
Wofür wird Bioethanol-Kraftstoff verwendet?
Bioethanol-Kraftstoff wird in einer Vielzahl von Kontexten verwendet und es wird erwartet, dass er mit der Zeit und der Verbesserung der Produktionsmethoden weitere Anwendungen finden wird. Wenn Sie jedes Jahr fragen, wofür Bioethanol-Kraftstoff verwendet wird, werden Sie sehen, dass die Liste länger und länger wird. Die beiden wichtigsten Verwendungszwecke von Bioethanol-Kraftstoff sind als Zusatz oder Alternative zu Petro und als Kraftstoff für spezielle Kamine.
Durch die Zugabe von Ethanol zu Benzin wird die Oktanzahl erhöht, wodurch es widerstandsfähiger gegen Detonation wird. Das Ergebnis ist, dass mehr vom Brennstoff verbrennt, anstatt zu explodieren. Die Erhöhung der Oktanzahl von Kraftstoff ist normalerweise ein sehr teurer Prozess; die Zugabe von Ethanol zu minderwertigem Kraftstoff verbessert dessen Leistung, ohne die Kosten wesentlich zu erhöhen. Viele Autohersteller haben auch begonnen, E85 in ihren Fahrzeugen zu unterstützen. E85 ist ein Kraftstoff, der aus 85% Ethanol und 15% Erdölprodukten hergestellt wird.
Bioethanol-Kamine werden ebenfalls immer häufiger eingesetzt und könnten irgendwann herkömmliche Kamine komplett ersetzen. Da Bioethanol so sauber verbrennt und keine giftigen Verbrennungsprodukte erzeugt, brauchen Bioethanol-Kamine keinen Schornstein, um den Rauch abzuführen; es gibt keinen Rauch, um den man sich sorgen müsste. Da Bioethanol-Kamine keine zusätzliche Infrastruktur benötigen, können sie freistehend in Situationen eingesetzt werden, in denen ein herkömmlicher Kamin unmöglich wäre. Wenn Sie sich fragen, wie lange Bioethanol-Brennstoff bei kontinuierlicher Verbrennung in einem Kamin hält, lautet die Antwort 4 bis 8 Stunden. Bioethanol-Kamine ermöglichen es dem Benutzer in der Regel, die Verbrennungsrate des Brennstoffs durch verschiedene Wärmeeinstellungen zu steuern. Je mehr er produziert, desto schneller verbraucht er Kraftstoff.
Was bedeutet Bioethanol für die Zukunft der Kraftstoffherstellung?
Bioethanol ist nicht der einzige Biokraftstoff, den es gibt. Sie ist jedoch derzeit die bekannteste, und ihre frühen Erfolge waren ein wichtiger Antrieb für die Forschung an anderen verwandten Technologien. Zwei weitere prominente Beispiele für ähnliche Konzepte sind Biodiesel und Wasserstoff als Kraftstoff. Indem wir untersuchen, wie Biodiesel, Bioethanol und Wasserstoffkraftstoff hergestellt werden, können wir beginnen zu verstehen, wie die Zukunft der sauberen Energietechnologien aussehen wird.
Biodiesel ist ein weiterer vielversprechender alternativer Kraftstoff, der aus Ölen und Fetten hergestellt werden kann. Altspeiseöl, Pflanzenöl und tierische Fette können alle in Biodiesel umgewandelt werden. Wie Bioethanol stößt auch Biodiesel auf Interesse als mögliche Alternative oder Ergänzung zu Benzin. Ein großer Vorteil von Biodiesel ist, dass er aus der Wiederverwertung einer breiten Palette von leicht verfügbaren Produkten hergestellt werden kann. Es kann auch in bestehenden Dieselmotoren eingesetzt werden, ohne dass Modifikationen erforderlich sind.
Wasserstoff ist eine weitere alternative Kraftstoffquelle, die wesentlich umweltfreundlicher ist als Benzin. Obwohl Wasserstoff das am häufigsten vorkommende Element im Universum ist, ist es auch das leichteste. Infolgedessen ist freier Wasserstoff auf der Erde selten, weil er im Weltraum davonschwimmt. Der meiste industriell erzeugte Wasserstoff wird durch Dampfreformierung hergestellt, die fossile Brennstoffe benötigt. Es wird jedoch daran geforscht, Wasserstoff aus Biomasse und durch Elektrolyse von Wasser zu erzeugen. Wenn diese Bemühungen zu einer sauberen, effizienten Wasserstoffproduktion führen, könnte er als Kraftstoffquelle entscheidend sein.
Da sich die Auswirkungen des vom Menschen verursachten Klimawandels allmählich zeigen und jeden Winkel des Planeten betreffen, war die Erforschung alternativer Energien noch nie so wichtig wie heute. Keine einzelne Technologie kann uns in die Lage versetzen, die Auswirkungen des Klimawandels abzuschwächen, aber durch den Wechsel zu kohlenstoffneutraler Technologie, wo immer dies möglich ist, können wir beginnen, unsere Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren.
Biokraftstoffe wie Bioethanol geben uns einen Ausblick darauf, wie eine saubere Energiezukunft aussehen könnte. Biomasse ist auf unserem Planeten im Überfluss vorhanden und wir können sie nutzen, um unseren Energiebedarf zu decken, ohne die Nachteile, die mit der Verbrennung fossiler Brennstoffe verbunden sind. In den kommenden Jahrzehnten werden Bioethanol und andere Biokraftstoffe sicherlich eine wichtige Rolle dabei spielen, unseren Kohlenstoff-Fußabdruck als Zivilisation zu reduzieren.