Mi az a bioetanol üzemanyag, és milyen előnyei vannak?
Az elmúlt években talán Ön is látott már híreket olyan autókról, amelyek benzin helyett alkohollal működnek. Az etanol üzemanyagként való felhasználásának ötlete már jó ideje létezik, de csak a közelmúltban kezdték el komolyan vizsgálni a koncepciót. Ha a kőolajalapú üzemanyagot alkohollal helyettesítenénk, megszüntethetnénk a káros kipufogógázokat, amelyeket minden autó termel, amikor benzint használ üzemanyagként.
A bioetanol egy izgalmas alternatív üzemanyag, amely egyre nagyobb érdeklődést vált ki a kutatók, a fogyasztók és az autógyártók körében. De mi is az a bioetanol, és miért tartják olyan ígéretesnek?
Mi az a bioetanol üzemanyag?
Az etanol már régóta az egyik legsokoldalúbb és leglényegesebb anyag, amely rendelkezésünkre áll. A legtöbb ember az etanolt az alkoholtartalmú italokban található alkoholként ismeri. A vegyészek számára azonban az etanol sokkal több, mint pszichoaktív drog; ez egy oldószer, amelynek végtelen számú ipari és kémiai alkalmazása van. Az elmúlt években az etanol is megjelent, mint potenciális megújuló üzemanyag a gépjárművek számára, és mint az olajalapú benzin életképes alternatívája.
Bioetanol egyszerűen a biomasszából előállított etanolra utal. Ha kíváncsi, hogy miből készül a bioetanol üzemanyag, itt a válasz. A biomassza tág fogalom, amely magában foglal minden élő vagy nemrég elhunyt szervezetből származó anyagot. A fa a biomassza leggyakoribb példája. A fa elégetésével közvetlenül felszabadíthatjuk a benne lévő energiát, és tüzelőanyagként használhatjuk fel. A biomassza egyéb gyakori kategóriái közé tartoznak a mezőgazdasági maradékanyagok és az állati trágya, az élelmiszer- és ipari hulladékok, valamint az energianövények.
Hogyan készül a bioetanol üzemanyag?
A biomassza, általában energianövények formájában, erjesztésnek nevezett folyamat révén képes bioetanolt előállítani, ugyanabban a folyamatban, amelyben kénsavat használnak alkoholtartalmú italok előállításához. Kukorica, cukornád, alga és számos más, széles körben elérhető növény felhasználható bioetanol erjesztéssel történő előállítására. Az erjedési folyamat során bizonyos élesztőfajok fogyasztják a biomasszában lévő cukrokat. Emésztésük során etanolt és szén-dioxidot (CO2) termelnek melléktermékként.
A biomassza általában a növények sejtfalában található, cellulóznak nevezett összetett szénhidrátpolimerek sorozatát tartalmazza. Ahhoz, hogy az erjesztéshez elegendő cukor keletkezzen, a biomasszát speciális savakkal vagy enzimekkel kell kezelni. Ezek lebontanak néhány ellenállóbb növényi sejtet, és egy másik, hidrolízisnek nevezett folyamat révén feltárják belső szerkezetüket. A cellulóz hidrolízise során szacharózcukor keletkezik, amelyből aztán erjesztéssel etanol nyerhető. A cukor kivonásának három fő módja van: enzimes hidrolízis, híg savas hidrolízis és koncentrált savas hidrolízis.
Enzimatikus hidrolízis: A biomasszamintához speciális enzimeket adnak. Ezek az enzimek lebontják a növényi sejteket és hidrolizálják a cellulózt, hogy szacharózt állítsanak elő. Ez a módszer nemrégiben született újítás, és jelenleg nagyon költséges a megvalósítása. A folyamat finomításával azonban várhatóan idővel egyre gazdaságosabbá válik.
Híg savas hidrolízis: Ez a módszer a legrégebbi és legegyszerűbb. Jelenleg ez a leghatékonyabb módja a biomassza etanolgyártásra történő felhasználásának, bár ez a jövőben változhat. Az eljárás két szakaszból áll, minden alkalommal 1%-nél kisebbre hígított és 190-215 Celsius-fokra hevített kénsavat adnak a biomasszához. A gyenge sav és a nagy hő hatására a cellulóz hidrolizálódik. A keletkező folyadék ezután visszanyerhető és feldolgozható.
Koncentrált savas hidrolízis: A koncentrált savas hidrolízis sokkal erősebb (70-77%) kénsav-koncentrációt használ, amelyet a szárított biomasszához adnak, és 50 Celsius-fokos hőmérsékletre emelnek. Ezután a keveréket vízzel hígítják, amíg a koncentráció 20-30% Celsius-fok között van, majd egy órán keresztül 100 Celsius-fokra melegítik. Ennek a folyamatnak az eredménye egy gél, amelyből préseléssel cukor és sav keveréke szabadul fel. Az elegyet kromatográfiás oszlopon választjuk szét.
Milyen előnyei vannak a bioetanol üzemanyagnak?
Bioetanol számos előnyt kínál a régebbi tüzelőanyag-típusokkal szemben. Ennek egyik fő oka azonban az, hogy bármilyen cukor- és keményítőtartalmú növény felhasználható az előállításához. A kutatás előrehaladtával és a cukrok kivonásához és erjesztéséhez használt eljárások finomításával a hozamok növekedésére számíthatunk. A bioetanol-gyártás szempontjából jelenleg néhány növényt tartanak sokkal jobbnak, de ez idővel változhat.
A bioetanol üzemanyag előállítása sokkal környezetbarátabb, mint más hagyományos üzemanyagoké, és folyamatos erőfeszítések történnek a szén-dioxid-kibocsátás további csökkentésére. A bioetanol előállítása elvileg szén-dioxid-semleges, mivel a légkörbe csak a növény által a fotoszintézis során felvett CO2 kerül.
A bioetanol előállítása nemcsak zöldebb, mint más típusú üzemanyag-előállítás, hanem az üzemanyag felhasználásakor sokkal tisztább füstöt is termel. Az etanol teljesen elég, nem keletkeznek káros melléktermékek, mint más típusú üzemanyagokban. Amikor a bioetanolt belső égésű motorok üzemanyagaként használják a gépkocsikban, a kipufogógázok gyakran tisztábbak, mint a környező levegő, különösen városi környezetben.
Mert etanol biológiailag lebomló, a kiömlő üzemanyag nem jelent potenciális környezeti katasztrófát, mint az olaj esetében. Ha az etanol a vízbe kerül, alacsony, nem mérgező koncentrációra hígul.
Mire használják a bioetanol üzemanyagot?
A bioetanol üzemanyagot számos területen használják, és az idő előrehaladtával és az előállítási módszerek javulásával várhatóan egyre több alkalmazási területet találnak majd. Ha minden évben megkérdezzük, hogy mire használják a bioetanol üzemanyagot, azt látjuk, hogy a lista egyre hosszabb és hosszabb lesz. A bioetanol üzemanyag két legjelentősebb felhasználási területe a benzin adalékanyagaként vagy alternatívájaként, valamint a bioetanol üzemanyagként való felhasználása speciális kandallók.
Az etanol hozzáadása a benzinhez növeli a benzin oktánszámát, így az ellenállóbbá válik a detonációval szemben. Az eredmény az, hogy az üzemanyag nagyobb része ég el, ahelyett, hogy felrobbanna. Az üzemanyag oktánszámának növelése általában nagyon költséges folyamat; az etanol hozzáadása az alacsony minőségű üzemanyaghoz javítja annak teljesítményét anélkül, hogy jelentősen megnövelné a költségeket. Számos autógyártó is elkezdte támogatni az E85-öt a járműveiben, amely 85% etanolból és 15% kőolajtermékből készült üzemanyag.
Bioetanol kandallók szintén egyre elterjedtebbek, és idővel teljesen kiválthatják a hagyományos kandallókat. Mivel a bioetanol olyan tisztán ég, és nem keletkeznek mérgező égéstermékek, a bioetanolos kandallóknak nincs szükségük kéményre a füst elvezetéséhez; nem kell aggódni a füst miatt. Mivel a bioetanolos kandallók nem igényelnek további infrastruktúrát, szabadon állóan is használhatók olyan helyzetekben, ahol hagyományos kandalló nem lenne lehetséges. Ha arra kíváncsi, hogy a bioetanol üzemanyag mennyi ideig tart, ha folyamatosan égetjük a kandallóban, a válasz: 4-8 óra. A bioetanolos kandallók általában lehetővé teszik a felhasználó számára, hogy különböző hőfokbeállításokon keresztül szabályozza a tüzelőanyag elégetésének sebességét. Minél többet termel, annál gyorsabban fogyaszt üzemanyagot.
Mit jelent a bioetanol az üzemanyag-előállítás jövője szempontjából?
A bioetanol nem az egyetlen bioüzemanyag. Jelenleg azonban ez a legjelentősebb, és korai sikerei jelentős mértékben ösztönözték a többi kapcsolódó technológia kutatását. A hasonló koncepciók két másik kiemelkedő példája a biodízel és a hidrogén üzemanyag. Ha megvizsgáljuk, hogyan készül a biodízel, a bioetanol és a hidrogén üzemanyag, elkezdhetjük megérteni, hogyan fog kinézni a tiszta energiával kapcsolatos technológiák jövője.
A biodízel egy másik ígéretes alternatív üzemanyag, amely olajokból és zsírokból állítható elő. A hulladék étolaj, a növényi olaj és az állati zsírok mind átalakíthatók biodízellé. A bioetanolhoz hasonlóan a biodízel is érdeklődésre tart számot, mint a benzin lehetséges alternatívája vagy kiegészítője. A biodízel nagy előnye, hogy számos könnyen hozzáférhető termék újrahasznosításából állítható elő. Meglévő dízelmotorokban is használható, módosítások nélkül.
A hidrogén üzemanyag egy másik alternatív üzemanyagforrás, amely sokkal környezetbarátabb, mint a benzin. Bár a hidrogén a világegyetem legnagyobb mennyiségben előforduló eleme, egyben a legkönnyebb is. Ennek eredményeképpen a Földön ritka a szabad hidrogén, mert az űrben elszáll. A legtöbb iparilag előállított hidrogént gőzreformálással állítják elő, amihez fosszilis tüzelőanyagokra van szükség. Jelenleg is folynak azonban kutatások a hidrogén biomasszából és víz elektrolíziséből történő előállítására. Ha ezek az erőfeszítések tiszta, hatékony hidrogéngyártáshoz vezetnek, akkor a hidrogén üzemanyagforrásként kritikus fontosságú lehet.
Mivel az ember okozta éghajlatváltozás hatásai kezdenek megmutatkozni, és a bolygó minden szegletét érintik, az alternatív energiaforrások kutatása soha nem volt még ilyen fontos. Egyetlen technológia sem képes arra, hogy enyhítse az éghajlatváltozás hatásait, de ha lehetőség szerint szén-dioxid-semleges technológiára váltunk, elkezdhetjük csökkenteni a környezetre gyakorolt hatásunkat.
Az olyan bioüzemanyagok, mint a bioetanol, bepillantást engednek abba, hogy milyen lehet a tiszta energia jövője. A biomassza bőségesen megtalálható bolygónkon, és a fosszilis tüzelőanyagok elégetésével járó hátrányok nélkül is hasznosíthatjuk energiaszükségleteink kielégítésére. Az elkövetkező évtizedekben a bioetanol és más bioüzemanyagok minden bizonnyal fontos szerepet fognak játszani abban, hogy segítsenek csökkenteni a civilizációnk szén-dioxid-kibocsátását.