Τι είναι το καύσιμο βιοαιθανόλης και ποια είναι τα οφέλη του;
Ίσως έχετε δει τα τελευταία χρόνια ειδήσεις για αυτοκίνητα που κινούνται με αλκοόλ αντί για βενζίνη. Η ιδέα της χρήσης αιθανόλης για την τροφοδοσία οχημάτων με καύσιμα υπάρχει εδώ και αρκετό καιρό, αλλά μόλις πρόσφατα η ιδέα αυτή διερευνήθηκε σοβαρά. Αντικαθιστώντας τα καύσιμα με βάση το πετρέλαιο με αλκοόλ, θα μπορούσαμε να εξαλείψουμε τα επιβλαβή καυσαέρια που παράγει κάθε αυτοκίνητο όταν χρησιμοποιεί βενζίνη ως καύσιμο.
Η βιοαιθανόλη είναι ένα συναρπαστικό εναλλακτικό καύσιμο που κερδίζει το ενδιαφέρον των ερευνητών, των καταναλωτών και των αυτοκινητοβιομηχανιών. Τι είναι όμως η βιοαιθανόλη και γιατί θεωρείται τόσο ελπιδοφόρα;
Τι είναι το καύσιμο βιοαιθανόλης;
Η αιθανόλη είναι εδώ και πολύ καιρό μια από τις πιο ευέλικτες και βασικές ουσίες που έχουμε στη διάθεσή μας. Οι περισσότεροι γνωρίζουν την αιθανόλη ως το αλκοόλ που περιέχεται στα αλκοολούχα ποτά. Για τους χημικούς, όμως, η αιθανόλη είναι κάτι πολύ περισσότερο από ένα ψυχοδραστικό φάρμακο- είναι ένας διαλύτης με ατελείωτες βιομηχανικές και χημικές εφαρμογές. Τα τελευταία χρόνια, η αιθανόλη έχει επίσης αναδειχθεί ως ένα πιθανό ανανεώσιμο καύσιμο για τα αυτοκίνητα και μια βιώσιμη εναλλακτική λύση στη βενζίνη με βάση το πετρέλαιο.
Βιοαιθανόλη αναφέρεται απλώς στην αιθανόλη που παράγεται από βιομάζα. Αν αναρωτιέστε από τι αποτελείται το καύσιμο βιοαιθανόλης, εδώ είναι η απάντησή σας. Η βιομάζα είναι ένας ευρύς όρος που περιλαμβάνει κάθε υλικό που προέρχεται από ζωντανό ή πρόσφατα αποθανόντα οργανισμό. Το ξύλο είναι το πιο συνηθισμένο παράδειγμα βιομάζας. Με την καύση του ξύλου, μπορούμε να απελευθερώσουμε άμεσα την ενέργεια που περιέχει και να το χρησιμοποιήσουμε ως καύσιμο. Άλλες κοινές κατηγορίες βιομάζας περιλαμβάνουν γεωργικά υπολείμματα και ζωική κοπριά, απόβλητα τροφίμων και βιομηχανικών αποβλήτων και ενεργειακές καλλιέργειες.
Πώς παρασκευάζεται το καύσιμο βιοαιθανόλης;
Η βιομάζα, συνήθως με τη μορφή ενεργειακών καλλιεργειών, μπορεί να παράγει βιοαιθανόλη μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ζύμωση, την ίδια διαδικασία κατά την οποία το θειικό οξύ χρησιμοποιείται για την παρασκευή αλκοολούχων ποτών. Το καλαμπόκι, το ζαχαροκάλαμο, τα φύκια και πολλά άλλα ευρέως διαθέσιμα φυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή βιοαιθανόλης μέσω ζύμωσης. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ζύμωσης, ορισμένα είδη ζύμης καταναλώνουν τα σάκχαρα της βιομάζας. Κατά την πέψη τους, παράγουν αιθανόλη και διοξείδιο του άνθρακα (CO2) ως παραπροϊόντα.
Η βιομάζα περιέχει συνήθως μια σειρά σύνθετων υδατανθρακικών πολυμερών που ονομάζονται κυτταρίνη, η οποία βρίσκεται στα κυτταρικά τοιχώματα των φυτών. Για να παραχθεί αρκετό σάκχαρο για τη ζύμωση, η βιομάζα πρέπει να υποστεί επεξεργασία με ειδικά οξέα ή ένζυμα. Αυτά διασπούν ορισμένα από τα πιο ανθεκτικά φυτικά κύτταρα, αποκαλύπτοντας την εσωτερική δομή τους μέσω μιας άλλης διαδικασίας που ονομάζεται υδρόλυση. Η υδρόλυση της κυτταρίνης παράγει σάκχαρο σακχαρόζη, το οποίο μπορεί στη συνέχεια να ζυμωθεί για την παραγωγή αιθανόλης. Υπάρχουν τρεις κύριοι τρόποι για την εξαγωγή σακχάρων από ένα δείγμα βιομάζας: ενζυμική υδρόλυση, αραιή όξινη υδρόλυση και πυκνή όξινη υδρόλυση.
Ενζυμική υδρόλυση: Ειδικά ένζυμα προστίθενται στο δείγμα βιομάζας. Αυτά τα ένζυμα διασπούν τα φυτικά κύτταρα και υδρολύουν την κυτταρίνη για την παραγωγή σακχαρόζης. Η μέθοδος αυτή αποτελεί πρόσφατη καινοτομία και προς το παρόν είναι πολύ δαπανηρή στην εφαρμογή της. Ωστόσο, αναμένεται να γίνει πιο οικονομική με την πάροδο του χρόνου καθώς η διαδικασία τελειοποιείται.
Υδρόλυση με αραιό οξύ: Αυτή η μέθοδος είναι η παλαιότερη και απλούστερη. Είναι επίσης επί του παρόντος ο πιο αποτελεσματικός τρόπος χρήσης βιομάζας για την παραγωγή αιθανόλης, αν και αυτό μπορεί να αλλάξει στο μέλλον. Η διεργασία αποτελείται από δύο στάδια, κάθε φορά με την προσθήκη θειικού οξέος, αραιωμένου σε λιγότερο από 1% και θερμαινόμενου στους 190 - 215 βαθμούς Κελσίου, στη βιομάζα. Το ασθενές οξύ και η υψηλή θερμότητα υδρολύουν την κυτταρίνη. Το υγρό που προκύπτει μπορεί στη συνέχεια να ανακτηθεί και να υποστεί επεξεργασία.
Συμπυκνωμένη όξινη υδρόλυση: Η συμπυκνωμένη όξινη υδρόλυση χρησιμοποιεί πολύ ισχυρότερη (70-77%) συγκέντρωση θειικού οξέος, το οποίο προστίθεται στην αποξηραμένη βιομάζα και αυξάνεται σε θερμοκρασία 50 βαθμών Κελσίου. Στη συνέχεια, το μείγμα αραιώνεται με νερό έως ότου η συγκέντρωση είναι μεταξύ 20-30% βαθμών Κελσίου, πριν θερμανθεί στους 100 βαθμούς Κελσίου για μία ώρα. Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας είναι μια γέλη που μπορεί να πιεστεί για να απελευθερώσει ένα μείγμα ζάχαρης και οξέος. Το μείγμα διαχωρίζεται με χρήση χρωματογραφικής στήλης.
Ποια είναι τα οφέλη του καυσίμου βιοαιθανόλης;
Βιοαιθανόλη προσφέρει πολυάριθμα πλεονεκτήματα σε σχέση με τους παλαιότερους τύπους καυσίμων. Ωστόσο, ένας από τους κύριους λόγους είναι ότι οποιοδήποτε φυτό που περιέχει ζάχαρη και άμυλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή του. Καθώς η έρευνα εξελίσσεται και βελτιώνουμε τις διαδικασίες που χρησιμοποιούμε για την εξαγωγή και τη ζύμωση των σακχάρων, μπορούμε να περιμένουμε αύξηση των αποδόσεων. Μια χούφτα καλλιέργειες θεωρούνται σήμερα πολύ ανώτερες για την παραγωγή βιοαιθανόλης, αλλά αυτό μπορεί να αλλάξει με την πάροδο του χρόνου.
Η παραγωγή καυσίμου βιοαιθανόλης είναι πολύ πιο φιλική προς το περιβάλλον από άλλα συμβατικά καύσιμα, και γίνονται συνεχείς προσπάθειες για την περαιτέρω μείωση του αποτυπώματος άνθρακα. Κατ' αρχήν, η παραγωγή βιοαιθανόλης θα πρέπει να είναι ουδέτερη ως προς τον άνθρακα, διότι το μόνο CO2 που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα είναι το CO2 που απορροφάται από το φυτό μέσω της φωτοσύνθεσης.
Η παραγωγή βιοαιθανόλης δεν είναι μόνο πιο πράσινη από άλλους τύπους παραγωγής καυσίμων, αλλά όταν το καύσιμο χρησιμοποιείται, παράγει πολύ καθαρότερες αναθυμιάσεις. Η αιθανόλη καίγεται πλήρως- δεν υπάρχουν επιβλαβή υποπροϊόντα όπως άλλα είδη καυσίμων. Όταν η βιοαιθανόλη χρησιμοποιείται ως καύσιμο για κινητήρες εσωτερικής καύσης σε αυτοκίνητα, τα καυσαέρια είναι συχνά καθαρότερα από τον περιβάλλοντα αέρα, ιδίως σε αστικά περιβάλλοντα.
Επειδή αιθανόλη βιοδιασπώμενα, οι διαρροές καυσίμων δεν αποτελούν δυνητικές περιβαλλοντικές καταστροφές, όπως συμβαίνει με το πετρέλαιο. Εάν η αιθανόλη εισέλθει στο νερό, θα αραιωθεί σε χαμηλή, μη τοξική συγκέντρωση.
Για ποιο λόγο χρησιμοποιείται το καύσιμο βιοαιθανόλη;
Το καύσιμο βιοαιθανόλη χρησιμοποιείται σε διάφορα πλαίσια και αναμένεται να βρει περισσότερες εφαρμογές όσο περνάει ο καιρός και βελτιώνονται οι μέθοδοι παραγωγής. Αν ρωτάτε κάθε χρόνο για ποιο λόγο χρησιμοποιείται το καύσιμο βιοαιθανόλη, θα δείτε ότι ο κατάλογος γίνεται όλο και μεγαλύτερος. Οι δύο σημαντικότερες χρήσεις του καυσίμου βιοαιθανόλης είναι ως πρόσθετο ή εναλλακτική λύση στο πετρέλαιο και ως καύσιμο για ειδικά τζάκια.
Η προσθήκη αιθανόλης στη βενζίνη αυξάνει τον αριθμό οκτανίου, καθιστώντας την πιο ανθεκτική στον πυροκρότηµα. Το αποτέλεσμα είναι ότι περισσότερο καύσιμο καίγεται παρά εκρήγνυται. Η αύξηση του βαθμού οκτανίων του καυσίμου είναι συνήθως μια πολύ δαπανηρή διαδικασία- η προσθήκη αιθανόλης σε χαμηλής ποιότητας καύσιμο βελτιώνει την απόδοσή του χωρίς να αυξάνει σημαντικά το κόστος. Πολλές αυτοκινητοβιομηχανίες έχουν επίσης αρχίσει να υποστηρίζουν το E85 στα οχήματά τους, το οποίο είναι ένα καύσιμο που παράγεται από 85% αιθανόλη και 15% προϊόντα πετρελαίου.
Τζάκια βιοαιθανόλης γίνονται επίσης όλο και πιο διαδεδομένα και θα μπορούσαν τελικά να αντικαταστήσουν πλήρως τα συμβατικά τζάκια. Επειδή η βιοαιθανόλη καίγεται τόσο καθαρά και δεν παράγει τοξικά προϊόντα καύσης, τα τζάκια βιοαιθανόλης δεν χρειάζονται καμινάδα για τη μεταφορά του καπνού- δεν υπάρχει καπνός για να ανησυχείτε. Επειδή τα τζάκια βιοαιθανόλης δεν απαιτούν πρόσθετη υποδομή, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανεξάρτητα σε περιπτώσεις όπου η τοποθέτηση συμβατικού τζακιού θα ήταν αδύνατη. Αν αναρωτιέστε πόσο διαρκεί το καύσιμο βιοαιθανόλης όταν καίγεται συνεχώς σε ένα τζάκι, η απάντηση είναι 4 έως 8 ώρες. Τα τζάκια βιοαιθανόλης συνήθως επιτρέπουν στο χρήστη να ελέγχει το ρυθμό καύσης του καυσίμου μέσω διαφόρων ρυθμίσεων θερμότητας. Όσο περισσότερο παράγει, τόσο πιο γρήγορα καταναλώνει καύσιμα.
Τι σημαίνει η βιοαιθανόλη για το μέλλον της παραγωγής καυσίμων;
Η βιοαιθανόλη δεν είναι το μόνο βιοκαύσιμο που υπάρχει. Ωστόσο, σήμερα είναι η πιο διακεκριμένη και οι πρώτες επιτυχίες της αποτέλεσαν σημαντικό κίνητρο για την έρευνα σε άλλες συναφείς τεχνολογίες. Δύο άλλα εξέχοντα παραδείγματα παρόμοιων εννοιών είναι το βιοντίζελ και το καύσιμο υδρογόνο. Εξετάζοντας τον τρόπο παρασκευής του βιοντίζελ, της βιοαιθανόλης και του καυσίμου υδρογόνου, μπορούμε να αρχίσουμε να καταλαβαίνουμε πώς θα είναι το μέλλον των τεχνολογιών καθαρής ενέργειας.
Το βιοντίζελ είναι ένα άλλο πολλά υποσχόμενο εναλλακτικό καύσιμο που μπορεί να παραχθεί από έλαια και λίπη. Τα απόβλητα μαγειρικά έλαια, τα φυτικά έλαια και τα ζωικά λίπη μπορούν να μετατραπούν σε βιοντίζελ. Όπως και η βιοαιθανόλη, το βιοντίζελ προσελκύει το ενδιαφέρον ως πιθανή εναλλακτική ή συμπληρωματική λύση στη βενζίνη. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα του βιοντίζελ είναι ότι μπορεί να παραχθεί από την ανακύκλωση ενός ευρέος φάσματος εύκολα διαθέσιμων προϊόντων. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε υπάρχοντες κινητήρες ντίζελ χωρίς να απαιτούνται τροποποιήσεις.
Το καύσιμο υδρογόνο είναι μια άλλη εναλλακτική πηγή καυσίμου που είναι πολύ πιο φιλική προς το περιβάλλον από τη βενζίνη. Αν και το υδρογόνο είναι το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν, είναι επίσης το ελαφρύτερο. Ως αποτέλεσμα, το ελεύθερο υδρογόνο είναι σπάνιο στη Γη, επειδή αιωρείται στο διάστημα. Το μεγαλύτερο μέρος του βιομηχανικά παραγόμενου υδρογόνου παράγεται με αναμόρφωση με ατμό, η οποία απαιτεί ορυκτά καύσιμα. Ωστόσο, διεξάγεται έρευνα για την παραγωγή υδρογόνου από βιομάζα και ηλεκτρόλυση του νερού. Εάν οι προσπάθειες αυτές οδηγήσουν σε καθαρή, αποδοτική παραγωγή υδρογόνου, αυτό θα μπορούσε να έχει κρίσιμη σημασία ως πηγή καυσίμου.
Καθώς οι επιπτώσεις της ανθρωπογενούς κλιματικής αλλαγής αρχίζουν να εμφανίζονται και να επηρεάζουν κάθε γωνιά του πλανήτη, η έρευνα για την εναλλακτική ενέργεια δεν ήταν ποτέ πιο σημαντική. Καμία μεμονωμένη τεχνολογία δεν μπορεί να μας επιτρέψει να μετριάσουμε τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής, αλλά με τη μετάβαση σε τεχνολογία ουδέτερου άνθρακα, όπου είναι δυνατόν, μπορούμε να αρχίσουμε να μειώνουμε τις επιπτώσεις μας στο περιβάλλον.
Τα βιοκαύσιμα όπως η βιοαιθανόλη μας δίνουν μια ιδέα για το πώς θα μπορούσε να μοιάζει ένα καθαρό ενεργειακό μέλλον. Η βιομάζα υπάρχει σε αφθονία στον πλανήτη μας και μπορούμε να την αξιοποιήσουμε για να καλύψουμε τις ενεργειακές μας ανάγκες χωρίς τα μειονεκτήματα που συνδέονται με την καύση ορυκτών καυσίμων. Τις επόμενες δεκαετίες, η βιοαιθανόλη και άλλα βιοκαύσιμα θα διαδραματίσουν σίγουρα σημαντικό ρόλο στο να μας βοηθήσουν να μειώσουμε το αποτύπωμα του άνθρακα ως πολιτισμός.