Mis on bioetanoolkütus ja millised on selle eelised?
Võib-olla olete viimastel aastatel näinud uudiseid autode kohta, mis töötavad bensiini asemel alkoholiga. Idee kasutada etanooli sõidukite kütusena on olnud olemas juba mõnda aega, kuid alles üsna hiljuti on seda kontseptsiooni tõsiselt uuritud. Asendades naftapõhise kütuse alkoholiga, saaksime kõrvaldada kahjulikud heitgaasid, mida iga auto tekitab, kui see kasutab kütusena bensiini.
Bioetanool on põnev alternatiivkütus, mis on äratanud huvi nii teadlaste, tarbijate kui ka autotootjate seas. Kuid mis on bioetanool ja miks peetakse seda nii paljulubavaks?
Mis on bioetanoolkütus?
Etanool on pikka aega olnud üks kõige mitmekülgsemaid ja olulisemaid meile kättesaadavaid aineid. Enamik inimesi teab etanooli kui alkoholi, mida leidub alkohoolsete jookide koostises. Kuid keemikute jaoks on etanool palju enamat kui psühhoaktiivne narkootikum; see on lahusti, millel on lõputu hulk tööstuslikke ja keemilisi rakendusi. Viimastel aastatel on ka etanool tõusnud esile kui potentsiaalne taastuvkütus autode jaoks ja elujõuline alternatiiv naftapõhisele bensiinile.
Bioetanool viitab lihtsalt biomassist toodetud etanoolile. Kui te ei tea, millest bioetanoolkütus koosneb, siis siin on vastus. Biomass on lai mõiste, mis hõlmab mis tahes materjali, mis on saadud elusast või hiljuti surnud organismist. Puit on kõige levinum biomassi näide. Puidut põletades saame otse vabastada selles sisalduvat energiat ja kasutada seda kütusena. Muude levinud biomassi kategooriate hulka kuuluvad põllumajandusjäägid ja loomasõnnik, toidu- ja tööstusjäätmed ning energiakultuurid.
Kuidas tehakse bioetanoolikütust?
Biomassi, tavaliselt energiakultuuride kujul, saab toota bioetanooli kääritamise teel, mis on sama protsess, mille käigus kasutatakse väävelhapet alkohoolsete jookide valmistamiseks. Bioetanooli tootmiseks kääritamise teel saab kasutada maisi, suhkruroogu, vetikaid ja paljusid teisi laialdaselt kättesaadavaid taimi. Käärimisprotsessi käigus tarbivad teatud pärmiliigid biomassi suhkruid. Nende lagundamisel tekivad kõrvalsaadustena etanool ja süsinikdioksiid (CO2).
Biomass sisaldab tavaliselt kompleksseid süsivesikute polümeere, mida nimetatakse tselluloosiks ja mida leidub taimede rakuseintes. Kääritamiseks vajaliku suhkru tootmiseks tuleb biomassi töödelda spetsiaalsete hapete või ensüümidega. Need lagundavad mõned vastupidavamad taimerakud, paljastades nende sisemise struktuuri teise protsessi, mida nimetatakse hüdrolüüsiks. Tselluloosi hüdrolüüsimisel tekib sahharoosisuhkur, mida saab seejärel kääritada etanooli tootmiseks. Biomassi proovist suhkru ekstraheerimiseks on kolm peamist viisi: ensümaatiline hüdrolüüs, lahjendatud happeline hüdrolüüs ja kontsentreeritud happeline hüdrolüüs.
Ensümaatiline hüdrolüüs: biomassiproovile lisatakse spetsiaalseid ensüüme. Need ensüümid lagundavad taimerakke ja hüdrolüüsivad tselluloosi, et toota sahharoosi. See meetod on hiljutine uuendus ja selle rakendamine on praegu väga kallis. Siiski eeldatakse, et protsessi täiustamisel muutub see aja jooksul üha ökonoomsemaks.
Lahjendatud happe hüdrolüüs: See meetod on vanim ja lihtsaim. Samuti on see praegu kõige tõhusam viis biomassi kasutamiseks etanooli tootmiseks, kuigi see võib tulevikus muutuda. Protsess koosneb kahest etapist, kusjuures iga kord lisatakse biomassile väävelhapet, mis on lahjendatud vähem kui 1% ja kuumutatud 190-215 kraadini Celsiuse järgi. Nõrk hape ja kõrge kuumus hüdrolüüsivad tselluloosi. Saadud vedelikku saab seejärel taaskasutada ja töödelda.
Kontsentreeritud happeline hüdrolüüs: Kontsentreeritud happelises hüdrolüüsis kasutatakse palju tugevamat (70-77%) väävelhappe kontsentratsiooni, mis lisatakse kuivatatud biomassile ja tõstetakse temperatuurile 50 °C. Seejärel lahjendatakse segu veega, kuni kontsentratsioon on 20-30%kraadini, enne kui seda kuumutatakse ühe tunni jooksul 100 kraadini. Selle protsessi tulemuseks on geel, mida saab pressida, et eraldada suhkru ja happe segu. Segu eraldatakse kromatograafilise kolonni abil.
Millised on bioetanoolkütuse eelised?
Bioetanool pakub vanemate kütuseliikide ees mitmeid eeliseid. Üks peamisi põhjusi on siiski see, et selle tootmiseks võib kasutada mis tahes taime, mis sisaldab suhkrut ja tärklist. Kui teadusuuringud edenevad ja me täiustame suhkrute ekstraheerimiseks ja kääritamiseks kasutatavaid protsesse, võime eeldada, et saagikus suureneb. Praegu peetakse bioetanooli tootmiseks palju paremaks mõnda põllukultuuri, kuid see võib aja jooksul muutuda.
Bioetanoolkütuse tootmine on palju keskkonnasõbralikum kui muud tavapärased kütused ning tehakse jõupingutusi süsiniku jalajälje edasiseks vähendamiseks. Põhimõtteliselt peaks bioetanooli tootmine olema süsinikuneutraalne, sest ainus CO2, mis atmosfääri eraldub, on CO2, mille taim fotosünteesi käigus neelab.
Bioetanooli tootmine ei ole mitte ainult keskkonnasõbralikum kui muud liiki kütuse tootmine, vaid kütuse kasutamisel tekib palju puhtam suits. Etanool põleb täielikult; ei teki kahjulikke kõrvalsaadusi nagu muud tüüpi kütused. Kui bioetanooli kasutatakse autode sisepõlemismootorite kütusena, on heitgaasid sageli puhtamad kui ümbritsev õhk, eriti linnakeskkonnas.
Sest etanool biolagunevad, ei ole kütusevoolud potentsiaalsed keskkonnakatastroofid, nagu nafta puhul. Kui etanool satub vette, siis lahjendab ta seda madala, mittetoksilise kontsentratsioonini.
Milleks kasutatakse bioetanoolkütust?
Bioetanoolkütust kasutatakse mitmesugustes kontekstides ja eeldatavasti leiab see aja jooksul ja tootmismeetodite täiustudes üha rohkem rakendusi. Kui te küsite igal aastal, milleks bioetanooli kütust kasutatakse, siis näete, et nimekiri muutub üha pikemaks. Bioetanoolkütuse kaks kõige silmapaistvamat kasutusviisi on lisaaineks või alternatiiviks bensiinile ja kütusena kasutamiseks spetsiaalsed kaminad.
Etanooli lisamine bensiinile suurendab oktaanarvu, muutes selle detonatsioonikindlamaks. Tulemuseks on see, et rohkem kütust põleb, mitte ei plahvata. Kütuse oktaanarvu tõstmine on tavaliselt väga kallis protsess; etanooli lisamine madala kvaliteediga kütusele parandab selle jõudlust ilma kulusid oluliselt suurendamata. Paljud autotootjad on hakanud oma sõidukites toetama ka E85-kütust, mis on 85% etanoolist ja 15% naftatoodetest valmistatud kütus.
Bioetanooli kaminad muutuvad samuti üha levinumaks ja võivad lõpuks täielikult asendada tavalised kaminad. Kuna bioetanool põleb nii puhtalt ja ei tekita mürgiseid põlemissaadusi, ei vaja bioetanoolikaminad suitsu äraviimiseks korstnat; suitsu pärast ei pea muretsema. Kuna bioetanoolikaminad ei vaja täiendavat infrastruktuuri, saab neid kasutada vabalt seisvatena olukordades, kus tavalise kaminaga ei oleks võimalik. Kui teid huvitab, kui kaua kestab bioetanoolkütus, kui seda pidevalt kaminas põletada, siis vastus on 4-8 tundi. Bioetanoolikaminad võimaldavad kasutajal tavaliselt reguleerida kütuse põletamise kiirust erinevate kuumuse seadete abil. Mida rohkem ta toodab, seda kiiremini tarbib ta kütust.
Mida tähendab bioetanool kütusetootmise tuleviku jaoks?
Bioetanool ei ole ainus olemasolev biokütus. Siiski on see praegu kõige silmapaistvam ja selle varajane edu on olnud peamine tõukejõud teiste seotud tehnoloogiate uurimisele. Kaks muud silmapaistvat näidet sarnaste kontseptsioonide kohta on biodiisel ja vesinikukütus. Uurides, kuidas biodiislit, bioetanooli ja vesinikkütust valmistatakse, saame hakata mõistma, milline on puhta energia tehnoloogia tulevik.
Biodiisel on teine paljulubav alternatiivne kütus, mida saab toota õlidest ja rasvadest. Toiduõlijäätmeid, taimeõli ja loomseid rasvu saab muuta biodiislikütuseks. Nagu bioetanool, pakub ka biodiislikütus huvi võimaliku bensiini alternatiivina või täiendusena. Biodiisli suur eelis on see, et seda saab valmistada paljude kergesti kättesaadavate toodete ringlussevõtust. Seda saab kasutada ka olemasolevates diiselmootorites, ilma et oleks vaja teha muudatusi.
Vesinikkütus on teine alternatiivne kütuseallikas, mis on palju keskkonnasõbralikum kui bensiin. Kuigi vesinik on universumi kõige sagedamini esinev element, on ta ka kõige kergem. Selle tulemusena on vaba vesinik Maal haruldane, sest see hõljub kosmoses. Enamik tööstuslikult toodetud vesinikust valmistatakse aurureforminguga, mis nõuab fossiilseid kütuseid. Siiski on käimas teadusuuringud vesiniku tootmiseks biomassist ja vee elektrolüüsist. Kui need jõupingutused viivad puhta ja tõhusa vesiniku tootmiseni, võib see kütuseallikana olla kriitilise tähtsusega.
Kuna inimtekkeliste kliimamuutuste mõju hakkab ilmnema ja mõjutab kõiki planeedi nurki, ei ole alternatiivsete energiaallikate uurimine kunagi varem olnud nii oluline. Ükski tehnoloogia ei võimalda meil kliimamuutuste mõju leevendada, kuid üleminekuga süsinikuneutraalsele tehnoloogiale, kus see on võimalik, saame hakata vähendama oma mõju keskkonnale.
Biokütused, nagu bioetanool, annavad meile aimu sellest, milline võiks olla puhta energia tulevik. Biomassi on meie planeedil rohkesti ja me saame seda kasutada oma energiavajaduste rahuldamiseks ilma fossiilsete kütuste põletamisega seotud puudusteta. Järgnevatel aastakümnetel mängivad bioetanool ja muud biokütused kindlasti olulist rolli meie kui tsivilisatsiooni süsinikujalajälje vähendamisel.