Hvad er bioethanolbrændstof, og hvad er dets fordele?
Du har måske set nyhedsindslag i de seneste år om biler, der kører på alkohol i stedet for benzin. Tanken om at bruge ethanol som brændstof til køretøjer har eksisteret i nogen tid, men det er først for nylig, at konceptet er blevet udforsket seriøst. Ved at erstatte oliebaseret brændstof med alkohol kunne vi fjerne de skadelige udstødningsgasser, som enhver bil producerer, når den bruger benzin som brændstof.
Bioethanol er et spændende alternativt brændstof, som vinder interesse fra forskere, forbrugere og bilproducenter. Men hvad er bioethanol, og hvorfor anses det for at være så lovende?
Hvad er bioethanolbrændstof?
Ethanol har længe været et af de mest alsidige og essentielle stoffer, vi har til rådighed. De fleste kender ethanol som den alkohol, der findes i alkoholholdige drikkevarer. Men for kemikere er ethanol meget mere end et psykoaktivt stof; det er et opløsningsmiddel med en uendelig række industrielle og kemiske anvendelser. I de seneste år er ethanol også blevet et potentielt vedvarende brændstof til biler og et levedygtigt alternativ til oliebaseret benzin.
Bioethanol henviser blot til ethanol fremstillet af biomasse. Hvis du undrer dig over, hvad bioethanolbrændstof er lavet af, har du her svaret. Biomasse er et bredt begreb, der omfatter ethvert materiale, der stammer fra en levende eller for nylig afdød organisme. Træ er det mest almindelige eksempel på biomasse. Ved at brænde træ kan vi direkte frigøre den energi, det indeholder, og bruge det som brændstof. Andre almindelige kategorier af biomasse omfatter landbrugsrester og husdyrgødning, fødevare- og industriaffald samt energiafgrøder.
Hvordan fremstilles bioethanolbrændstof?
Biomasse, som regel i form af energiafgrøder, kan producere bioethanol gennem en proces kaldet gæring, den samme proces, hvor svovlsyre bruges til at fremstille alkoholholdige drikkevarer. Majs, sukkerrør, alger og et væld af andre vidt udbredte planter kan bruges til at fremstille bioethanol gennem fermentering. Under gæringsprocessen optager visse gærarter sukkerstofferne i biomassen. Når de fordøjer dem, producerer de ethanol og kuldioxid (CO2) som biprodukter.
Biomasse indeholder normalt en række komplekse kulhydratpolymerer kaldet cellulose, som findes i planternes cellevægge. For at producere nok sukker til gæring skal biomassen behandles med særlige syrer eller enzymer. De nedbryder nogle af de mere modstandsdygtige planteceller og blotlægger deres indre struktur gennem en anden proces, der kaldes hydrolyse. Ved hydrolyse af cellulose dannes saccharose-sukker, som derefter kan fermenteres til ethanol. Der er tre hovedmetoder til at udvinde sukker fra en biomasseprøve: enzymatisk hydrolyse, fortyndet syrehydrolyse og koncentreret syrehydrolyse.
Enzymatisk hydrolyse: Der tilsættes særlige enzymer til biomasseprøven. Disse enzymer nedbryder plantecellerne og hydrolyserer cellulosen for at producere saccharose. Denne metode er en nyere innovation og er i øjeblikket meget dyr at gennemføre. Det forventes dog, at den bliver mere økonomisk med tiden, efterhånden som processen forfines.
Fortyndet syrehydrolyse: Denne metode er den ældste og enkleste. Det er også i øjeblikket den mest effektive måde at anvende biomasse til ethanolproduktion på, selv om dette kan ændre sig i fremtiden. Processen består af to faser, hvor der hver gang tilsættes svovlsyre, der er fortyndet til mindre end 1% og opvarmet til 190-215 grader Celsius, til biomassen. Den svage syre og den høje varme hydrolyserer cellulosen. Den resulterende væske kan derefter genvindes og forarbejdes.
Koncentreret syrehydrolyse: Ved koncentreret syrehydrolyse anvendes en meget stærkere koncentration (70-77%) af svovlsyre, som tilsættes til tørret biomasse og hæves til en temperatur på 50 °C. Blandingen fortyndes derefter med vand, indtil koncentrationen er mellem 20-30%grader Celsius, hvorefter den opvarmes til 100 grader Celsius i en time. Resultatet af denne proces er en gel, som kan presses for at frigøre en blanding af sukker og syre. Blandingen adskilles ved hjælp af en kromatografisk kolonne.
Hvad er fordelene ved bioethanolbrændstof?
Bioethanol har mange fordele i forhold til ældre brændstoftyper. En af hovedårsagerne er dog, at enhver plante, der indeholder sukker og stivelse, kan anvendes til at fremstille det. Efterhånden som forskningen skrider frem, og vi forfiner de processer, vi bruger til at udvinde og gærer sukker, kan vi forvente, at udbyttet vil stige. En håndfuld afgrøder anses i øjeblikket for at være langt bedre egnet til produktion af bioethanol, men dette kan ændre sig med tiden.
Produktionen af bioethanolbrændstof er langt mere miljøvenlig end andre konventionelle brændstoffer, og der arbejdes løbende på at reducere CO2-fodaftrykket yderligere. I princippet burde produktionen af bioethanol være kulstofneutral, fordi den eneste CO2, der frigives til atmosfæren, er den CO2, som planten optager gennem fotosyntesen.
Bioethanolproduktion er ikke kun grønnere end andre typer brændstofproduktion, men når brændstoffet bruges, giver det også meget renere røg. Ethanol forbrændes fuldstændigt; der er ingen skadelige biprodukter som andre typer brændstof. Når bioethanol anvendes som brændstof til forbrændingsmotorer i biler, er udstødningsgasserne ofte renere end den omgivende luft, især i bymiljøer.
Fordi ethanol Da brændstoffer er biologisk nedbrydelige, er brændstofudslip ikke potentielle miljøkatastrofer, som det er tilfældet med olie. Hvis der kommer ethanol i vandet, fortyndes det til en lav, ugiftig koncentration.
Hvad bruges bioethanolbrændstof til?
Bioethanolbrændstof anvendes i en række forskellige sammenhænge og forventes at finde flere anvendelsesmuligheder, efterhånden som tiden går og produktionsmetoderne forbedres. Hvis du hvert år spørger, hvad bioethanolbrændstof bruges til, vil du se, at listen bliver længere og længere. De to mest fremtrædende anvendelser af bioethanolbrændstof er som et tilsætningsstof eller alternativ til benzin og som brændstof til specielle pejse.
Tilsætning af ethanol til benzin øger oktantallet, hvilket gør den mere modstandsdygtig over for detonation. Resultatet er, at en større del af brændstoffet brænder i stedet for at eksplodere. Det er normalt en meget dyr proces at øge oktanværdien af brændstof; ved at tilsætte ethanol til lavkvalitetsbrændstof forbedres dets ydeevne uden at øge omkostningerne væsentligt. Mange bilproducenter er også begyndt at støtte E85 i deres køretøjer, som er et brændstof fremstillet af 85% ethanol og 15% olieprodukter.
Bioethanol pejse bliver også mere og mere almindelige og kan i sidste ende erstatte konventionelle pejse helt og holdent. Fordi bioethanol brænder så rent og ikke producerer giftige forbrændingsprodukter, har bioethanolpejse ikke brug for en skorsten til at føre røgen væk; der er ingen røg at bekymre sig om. Da bioethanolpejse ikke kræver yderligere infrastruktur, kan de bruges fritstående i situationer, hvor det ville være umuligt at have en konventionel pejs. Hvis du spekulerer på, hvor længe bioethanolbrændstof holder, når det brændes kontinuerligt i en pejs, er svaret 4-8 timer. Bioethanolpejse giver normalt brugeren mulighed for at kontrollere, hvor hurtigt brændstoffet brændes ved hjælp af forskellige varmeindstillinger. Jo mere den producerer, jo hurtigere bruger den brændstof.
Hvad betyder bioethanol for fremtidens brændstofproduktion?
Bioethanol er ikke det eneste biobrændstof. Den er dog i øjeblikket den mest fremtrædende, og dens tidlige succeser har været en vigtig drivkraft for forskning i andre beslægtede teknologier. To andre fremtrædende eksempler på lignende koncepter er biodiesel og brintbrændstof. Ved at undersøge, hvordan biodiesel, bioethanol og brintbrændstof fremstilles, kan vi begynde at forstå, hvordan fremtidens rene energiteknologier kommer til at se ud.
Biodiesel er et andet lovende alternativt brændstof, der kan fremstilles af olier og fedtstoffer. Spild af madolie, vegetabilsk olie og animalske fedtstoffer kan alle omdannes til biodiesel. Ligesom bioethanol tiltrækker biodiesel interesse som et muligt alternativ eller supplement til benzin. En stor fordel ved biodiesel er, at den kan fremstilles ved genanvendelse af en lang række let tilgængelige produkter. Den kan også anvendes i eksisterende dieselmotorer uden behov for ændringer.
Brintbrændstof er en anden alternativ brændstofkilde, der er langt mere miljøvenlig end benzin. Selv om brint er det hyppigste grundstof i universet, er det også det letteste. Som følge heraf er frit brint sjældent på Jorden, fordi det flyder væk i rummet. Det meste industrielt producerede brint fremstilles ved hjælp af dampreformering, som kræver fossile brændstoffer. Der er dog forskning i gang med henblik på at producere brint fra biomasse og elektrolyse af vand. Hvis disse bestræbelser fører til en ren og effektiv produktion af brint, kan det blive afgørende som brændstofkilde.
Efterhånden som virkningerne af de menneskeskabte klimaændringer begynder at vise sig og påvirke alle hjørner af planeten, har forskning i alternativ energi aldrig været vigtigere end nu. Ingen enkelt teknologi kan gøre os i stand til at afbøde virkningerne af klimaændringerne, men ved at skifte til CO2-neutral teknologi, hvor det er muligt, kan vi begynde at reducere vores indvirkning på miljøet.
Biobrændstoffer som bioethanol giver os et glimt af, hvordan en fremtid med ren energi kan se ud. Biomasse findes i rigelige mængder på vores planet, og vi kan udnytte den til at opfylde vores energibehov uden de ulemper, der er forbundet med afbrænding af fossile brændstoffer. I de kommende årtier vil bioethanol og andre biobrændstoffer helt sikkert spille en vigtig rolle for at hjælpe os med at reducere vores CO2-fodaftryk som civilisation.