Mikä on bioetanolipolttoaine ja mitkä ovat sen edut?
Olet ehkä nähnyt viime vuosina uutisraportteja autoista, jotka kulkevat bensan sijasta alkoholilla. Ajatus etanolin käyttämisestä ajoneuvojen polttoaineena on ollut olemassa jo jonkin aikaa, mutta vasta melko hiljattain konseptia on tutkittu vakavasti. Korvaamalla öljypohjainen polttoaine alkoholilla voisimme poistaa haitalliset pakokaasut, joita autot tuottavat, kun ne käyttävät polttoaineena bensiiniä.
Bioetanoli on mielenkiintoinen vaihtoehtoinen polttoaine, joka on herättänyt kiinnostusta tutkijoiden, kuluttajien ja autonvalmistajien keskuudessa. Mutta mitä bioetanoli on ja miksi sitä pidetään niin lupaavana?
Mitä on bioetanolipolttoaine?
Etanoli on jo pitkään ollut yksi monipuolisimmista ja tärkeimmistä käytössämme olevista aineista. Useimmat ihmiset tuntevat etanolin alkoholijuomissa esiintyvänä alkoholina. Kemistien mielestä etanoli on kuitenkin paljon muutakin kuin psykoaktiivinen huume; se on liuotin, jolla on loputtomasti erilaisia teollisia ja kemiallisia sovelluksia. Viime vuosina etanoli on myös noussut esiin potentiaalisena uusiutuvana polttoaineena autoissa ja varteenotettavana vaihtoehtona öljypohjaiselle bensiinille.
Bioetanoli viittaa yksinkertaisesti biomassasta tuotettuun etanoliin. Jos mietit, mistä bioetanolipolttoaine on tehty, tässä on vastauksesi. Biomassa on laaja käsite, joka sisältää kaiken elävästä tai äskettäin kuolleesta organismista peräisin olevan materiaalin. Puu on yleisin esimerkki biomassasta. Polttamalla puuta voimme suoraan vapauttaa sen sisältämän energian ja käyttää sitä polttoaineena. Muita yleisiä biomassaluokkia ovat maatalousjätteet ja eläinten lanta, elintarvike- ja teollisuusjätteet sekä energiakasvit.
Miten bioetanolipolttoainetta valmistetaan?
Biomassasta, yleensä energiakasvien muodossa, voidaan tuottaa bioetanolia käymisprosessin avulla, joka on sama prosessi, jossa rikkihappoa käytetään alkoholijuomien valmistukseen. Maissia, sokeriruokoa, levää ja monia muita laajalti saatavilla olevia kasveja voidaan käyttää bioetanolin tuottamiseen käymisen avulla. Käymisprosessin aikana tietyt hiivalajit kuluttavat biomassan sisältämiä sokereita. Kun ne sulattavat niitä, ne tuottavat sivutuotteina etanolia ja hiilidioksidia (CO2).
Biomassa sisältää yleensä monimutkaisia hiilihydraattipolymeerejä, joita kutsutaan selluloosaksi ja joita on kasvien soluseinissä. Jotta biomassaa voidaan käsitellä erityishapoilla tai entsyymeillä, jotta siitä saadaan riittävästi sokeria käymistä varten. Nämä hajottavat joitakin kestävämpiä kasvisoluja ja paljastavat niiden sisäisen rakenteen hydrolyysiksi kutsutun prosessin avulla. Selluloosan hydrolyysi tuottaa sakkaroosisokeria, joka voidaan sitten fermentoida etanolin tuottamiseksi. Sokerin erottaminen biomassanäytteestä tapahtuu pääasiassa kolmella tavalla: entsymaattinen hydrolyysi, laimea happohydrolyysi ja väkevä happohydrolyysi.
Entsymaattinen hydrolyysi: Biomassanäytteeseen lisätään erityisiä entsyymejä. Nämä entsyymit hajottavat kasvisoluja ja hydrolysoivat selluloosaa sakkaroosin tuottamiseksi. Tämä menetelmä on uusi innovaatio, ja sen toteuttaminen on tällä hetkellä hyvin kallista. Sen odotetaan kuitenkin muuttuvan ajan mittaan taloudellisemmaksi, kun prosessia hiotaan.
Laimahappohydrolyysi: Tämä menetelmä on vanhin ja yksinkertaisin. Se on tällä hetkellä myös tehokkain tapa käyttää biomassaa etanolin tuotantoon, vaikka tämä voi muuttua tulevaisuudessa. Prosessi koostuu kahdesta vaiheesta, joissa kummallakin kerralla biomassaan lisätään rikkihappoa, joka on laimennettu alle 1%:ksi ja kuumennettu 190-215 celsiusasteeseen. Heikko happo ja korkea lämpö hydrolysoivat selluloosaa. Tuloksena oleva neste voidaan sitten ottaa talteen ja käsitellä.
Tiivistetty happohydrolyysi: Tiivistetyssä happohydrolyysissä käytetään paljon voimakkaampaa (70-77%) rikkihappopitoisuutta, joka lisätään kuivattuun biomassaan ja nostetaan 50 celsiusasteen lämpötilaan. Tämän jälkeen seos laimennetaan vedellä, kunnes konsentraatio on 20-30%C asteen välillä, ja sitten sitä kuumennetaan 100 asteeseen yhden tunnin ajan. Prosessin tuloksena syntyy geeli, jota puristamalla voidaan vapauttaa sokerin ja hapon seos. Seos erotetaan kromatografisella kolonnilla.
Mitä etuja bioetanolipolttoaineella on?
Bioetanoli tarjoaa lukuisia etuja vanhempiin polttoainetyyppeihin verrattuna. Yksi tärkeimmistä syistä on kuitenkin se, että sitä voidaan valmistaa mistä tahansa sokeria ja tärkkelystä sisältävästä kasvista. Tutkimuksen edetessä ja sokerien uuttamiseen ja käymiseen käyttämiemme prosessien parantuessa voimme odottaa, että saanto kasvaa. Tällä hetkellä bioetanolin tuotantoon katsotaan soveltuvan huomattavasti paremmin muutama viljelykasvi, mutta tämä voi muuttua ajan myötä.
Bioetanolin polttoaineen tuotanto on paljon ympäristöystävällisempää kuin muiden perinteisten polttoaineiden tuotanto, ja hiilijalanjäljen pienentämiseksi edelleen tehdään jatkuvasti töitä. Periaatteessa bioetanolin tuotannon pitäisi olla hiilineutraalia, koska ilmakehään vapautuu vain kasvin fotosynteesin kautta sitoma hiilidioksidi.
Bioetanolin tuotanto on ympäristöystävällisempää kuin muunlainen polttoaineen tuotanto, ja kun polttoainetta käytetään, se tuottaa paljon puhtaampia savukaasuja. Etanoli palaa täydellisesti, eikä siinä synny haitallisia sivutuotteita kuten muissa polttoaineissa. Kun bioetanolia käytetään polttoaineena autojen polttomoottoreissa, pakokaasut ovat usein puhtaampia kuin ympäröivä ilma, erityisesti kaupunkiympäristössä.
Koska etanoli Koska polttoaine on biologisesti hajoavaa, polttoainevuodot eivät ole potentiaalisia ympäristökatastrofeja, kuten öljyn tapauksessa. Jos etanolia pääsee veteen, se laimenee pieneksi, myrkyttömäksi pitoisuudeksi.
Mihin bioetanolipolttoainetta käytetään?
Bioetanolipolttoainetta käytetään monissa eri yhteyksissä, ja sen odotetaan saavan lisää käyttökohteita ajan myötä ja tuotantomenetelmien kehittyessä. Jos kysyt joka vuosi, mihin bioetanolipolttoainetta käytetään, huomaat, että luettelo pitenee ja pitenee. Bioetanolin kaksi merkittävintä käyttötarkoitusta ovat bensiinin lisäaineena tai vaihtoehtona ja polttoaineena, joka käytetään erikoistakat.
Etanolin lisääminen bensiiniin nostaa oktaanilukua, jolloin se kestää paremmin räjähtämistä. Tuloksena on, että suurempi osa polttoaineesta palaa kuin räjähtää. Polttoaineen oktaaniluvun nostaminen on yleensä hyvin kallis prosessi; etanolin lisääminen heikkolaatuiseen polttoaineeseen parantaa sen suorituskykyä lisäämättä merkittävästi kustannuksia. Monet autonvalmistajat ovat myös alkaneet tukea E85-polttoainetta ajoneuvoissaan, joka on polttoaine, joka on valmistettu 85% etanolista ja 15% öljytuotteista.
Bioetanolitakat ovat myös yleistymässä, ja ne voivat lopulta korvata perinteiset takat kokonaan. Koska bioetanoli palaa niin puhtaasti eikä tuota myrkyllisiä palamistuotteita, bioetanolitakat eivät tarvitse savupiippua savun poistamiseksi; savusta ei tarvitse huolehtia. Koska bioetanolitakat eivät vaadi lisäinfrastruktuuria, niitä voidaan käyttää itsenäisesti tilanteissa, joissa perinteinen takka ei olisi mahdollinen. Jos mietit, kuinka kauan bioetanolipolttoaine kestää, kun sitä poltetaan jatkuvasti takassa, vastaus on 4-8 tuntia. Bioetanolitakoissa käyttäjä voi yleensä säätää polttoaineen palamisnopeutta eri lämpöasetusten avulla. Mitä enemmän se tuottaa, sitä nopeammin se kuluttaa polttoainetta.
Mitä bioetanoli merkitsee polttoaineen tuotannon tulevaisuudelle?
Bioetanoli ei ole ainoa biopolttoaine. Se on kuitenkin tällä hetkellä tunnetuin, ja sen varhainen menestys on ollut merkittävä kannustin muiden vastaavien tekniikoiden tutkimukselle. Kaksi muuta merkittävää esimerkkiä vastaavista konsepteista ovat biodiesel ja vetypolttoaine. Tarkastelemalla, miten biodieseliä, bioetanolia ja vetypolttoainetta valmistetaan, voimme alkaa ymmärtää, miltä puhtaan energiateknologian tulevaisuus näyttää.
Biodiesel on toinen lupaava vaihtoehtoinen polttoaine, jota voidaan valmistaa öljyistä ja rasvoista. Ruokaöljyjä, kasviöljyjä ja eläinrasvoja voidaan muuntaa biodieseliksi. Bioetanolin tavoin myös biodiesel herättää kiinnostusta bensiinin mahdollisena vaihtoehtona tai täydennyksenä. Biodieselin suurena etuna on, että sitä voidaan valmistaa monenlaisten helposti saatavilla olevien tuotteiden kierrätyksestä. Sitä voidaan käyttää myös nykyisissä dieselmoottoreissa ilman muutoksia.
Vetypolttoaine on toinen vaihtoehtoinen polttoainelähde, joka on paljon ympäristöystävällisempi kuin bensiini. Vaikka vety on maailmankaikkeuden runsain alkuaine, se on myös kevyin. Tämän vuoksi vapaa vety on harvinaista maapallolla, koska se leijuu avaruudessa. Suurin osa teollisesti tuotetusta vedystä valmistetaan höyryreformoinnilla, joka vaatii fossiilisia polttoaineita. Parhaillaan tutkitaan kuitenkin vedyn tuottamista biomassasta ja veden elektrolyysistä. Jos nämä ponnistelut johtavat puhtaaseen ja tehokkaaseen vedyntuotantoon, se voisi olla ratkaisevan tärkeä polttoainelähde.
Kun ihmisen aiheuttaman ilmastonmuutoksen vaikutukset alkavat näkyä ja vaikuttaa planeetan jokaiseen kolkkaan, vaihtoehtoisten energiamuotojen tutkimus on tärkeämpää kuin koskaan. Mikään yksittäinen teknologia ei voi lieventää ilmastonmuutoksen vaikutuksia, mutta siirtymällä mahdollisuuksien mukaan hiilineutraaliin teknologiaan voimme alkaa vähentää ympäristövaikutuksiamme.
Bioetanolin kaltaiset biopolttoaineet antavat meille välähdyksen siitä, miltä puhtaan energian tulevaisuus voisi näyttää. Biomassaa on planeetallamme runsaasti, ja voimme hyödyntää sitä energiantarpeidemme tyydyttämiseksi ilman fossiilisten polttoaineiden polttamiseen liittyviä haittoja. Tulevina vuosikymmeninä bioetanolilla ja muilla biopolttoaineilla on varmasti tärkeä rooli siinä, että voimme vähentää hiilijalanjälkeämme sivilisaationa.