Kas yra bioetanolio degalai ir kokia jų nauda?
Pastaraisiais metais galėjote matyti naujienų reportažus apie automobilius, kurie varomi ne benzinu, o alkoholiu. Idėja etanolį naudoti kaip transporto priemonių degalus kilo jau seniai, tačiau tik pastaruoju metu ši idėja pradėta rimtai nagrinėti. Pakeitę benzininius degalus alkoholiu, galėtume panaikinti kenksmingas išmetamąsias dujas, kurias kiekvienas automobilis skleidžia naudodamas benziną.
Bioetanolis yra įdomus alternatyvus kuras, kuriuo vis labiau domisi mokslininkai, vartotojai ir automobilių gamintojai. Tačiau kas yra bioetanolis ir kodėl jis laikomas tokiu perspektyviu?
Kas yra bioetanolio degalai?
Etanolis jau seniai yra viena universaliausių ir svarbiausių mums prieinamų medžiagų. Dauguma žmonių etanolį pažįsta kaip alkoholį, esantį alkoholiniuose gėrimuose. Tačiau chemikams etanolis yra kur kas daugiau nei psichoaktyvus narkotikas - tai tirpiklis, kurį galima naudoti pramonėje ir chemijoje. Pastaraisiais metais etanolis taip pat tapo potencialia atsinaujinančiųjų išteklių degalų, skirtų automobiliams, alternatyva naftos pagrindu pagamintam benzinui.
Bioetanolis tiesiog reiškia etanolį, pagamintą iš biomasės. Jei jums įdomu, iš ko gaminami bioetanolio degalai, štai jums atsakymas. Biomasė yra plati sąvoka, apimanti bet kokią medžiagą, gautą iš bet kokio gyvo ar neseniai mirusio organizmo. Mediena yra labiausiai paplitęs biomasės pavyzdys. Degindami medieną galime tiesiogiai išlaisvinti joje esančią energiją ir naudoti ją kaip kurą. Kitos įprastos biomasės kategorijos - žemės ūkio liekanos ir mėšlas, maisto ir pramonės atliekos bei energetiniai augalai.
Kaip gaminami bioetanolio degalai?
Iš biomasės, dažniausiai energetinių augalų, bioetanolį galima gaminti fermentacijos būdu, t. y. tuo pačiu būdu, kuriuo iš sieros rūgšties gaminami alkoholiniai gėrimai. Kukurūzai, cukranendrės, dumbliai ir daugybė kitų plačiai paplitusių augalų gali būti naudojami bioetanoliui gaminti fermentacijos būdu. Fermentacijos proceso metu tam tikros mielių rūšys sunaudoja biomasėje esančius cukrus. Juos virškindami jie kaip šalutinius produktus gamina etanolį ir anglies dioksidą (CO2).
Biomasę paprastai sudaro sudėtingi angliavandenių polimerai, vadinami celiulioze, kuri yra augalų ląstelių sienelėse. Kad būtų pagaminta pakankamai cukraus fermentacijai, biomasė turi būti apdorojama specialiomis rūgštimis arba fermentais. Jos suardo kai kurias atsparesnes augalų ląsteles ir atskleidžia jų vidinę struktūrą, vykstant kitam procesui, vadinamam hidrolize. Hidrolizuojant celiuliozę gaunamas sacharozės cukrus, kuris vėliau gali būti fermentuojamas ir iš jo gaminamas etanolis. Yra trys pagrindiniai būdai išgauti cukrų iš biomasės mėginio: fermentinė hidrolizė, atskiesta rūgštinė hidrolizė ir koncentruota rūgštinė hidrolizė.
Fermentinė hidrolizė: į biomasės mėginį pridedama specialių fermentų. Šie fermentai skaido augalo ląsteles ir hidrolizuoja celiuliozę, kad susidarytų sacharozė. Šis metodas yra naujausia inovacija, o jo įgyvendinimas šiuo metu yra labai brangus. Tačiau tikimasi, kad ilgainiui, tobulinant procesą, jis taps ekonomiškesnis.
Praskiesta rūgštinė hidrolizė: šis metodas yra seniausias ir paprasčiausias. Be to, šiuo metu tai veiksmingiausias biomasės naudojimo etanolio gamybai būdas, nors ateityje tai gali pasikeisti. Procesą sudaro du etapai, kiekvieną kartą į biomasę įpilama sieros rūgšties, atskiestos iki mažiau nei 1% ir įkaitintos iki 190-215 laipsnių Celsijaus. Silpna rūgštis ir didelis karštis hidrolizuoja celiuliozę. Gautą skystį galima išgauti ir perdirbti.
Koncentruota rūgštinė hidrolizė: Koncentruotos rūgštinės hidrolizės metu naudojama daug stipresnės (70-77%) koncentracijos sieros rūgštis, kuri pilama į išdžiovintą biomasę ir pakeliama iki 50 Celsijaus laipsnių temperatūros. Po to mišinys skiedžiamas vandeniu, kol koncentracija pasiekia 20-30% laipsnių Celsijaus temperatūrą, ir vieną valandą kaitinamas iki 100 laipsnių Celsijaus temperatūros. Šio proceso rezultatas - gelis, kurį galima spausti, kad išsiskirtų cukraus ir rūgšties mišinys. Mišinys atskiriamas chromatografine kolonėle.
Kokie yra bioetanolio degalų privalumai?
Bioetanolis palyginti su senesniais kuro tipais, turi daug privalumų. Tačiau viena iš pagrindinių priežasčių yra ta, kad jam gaminti galima naudoti bet kokį augalą, kuriame yra cukraus ir krakmolo. Vykdant mokslinius tyrimus ir tobulinant cukrų išgavimo ir fermentavimo procesus, galima tikėtis, kad derlius didės. Šiuo metu manoma, kad bioetanolio gamybai geresnės yra kelios kultūros, tačiau ilgainiui tai gali pasikeisti.
Bioetanolio degalų gamyba yra daug ekologiškesnė nei kitų įprastinių degalų gamyba, be to, nuolat dedamos pastangos dar labiau sumažinti anglies dioksido pėdsaką. Iš esmės bioetanolio gamyba turėtų būti neutrali anglies dioksido atžvilgiu, nes į atmosferą išskiriamas tik tas CO2, kurį augalas absorbuoja fotosintezės metu.
Bioetanolio gamyba yra ne tik ekologiškesnė nei kitų rūšių degalų gamyba, bet ir naudojant degalus susidaro daug švaresni dūmai. Etanolis visiškai sudega; nėra jokių kenksmingų šalutinių produktų, kaip kitų rūšių degalų atveju. Kai bioetanolis naudojamas kaip degalai automobilių vidaus degimo varikliuose, išmetamosios dujos dažnai būna švaresnės už aplinkos orą, ypač miestuose.
Nes etanolis biologiškai suyra, todėl degalų išsiliejimas nėra potenciali ekologinė katastrofa, kaip naftos atveju. Jei etanolis patenka į vandenį, jis praskiedžiamas iki mažos, netoksiškos koncentracijos.
Kam naudojami bioetanolio degalai?
Bioetanolio degalai naudojami įvairiose srityse ir tikimasi, kad laikui bėgant ir tobulėjant gamybos metodams jų bus naudojama vis daugiau. Jei kasmet paklausite, kam naudojami bioetanolio degalai, pamatysite, kad sąrašas vis ilgėja. Du svarbiausi bioetanolio degalų naudojimo būdai - kaip priedas arba alternatyva benzinui ir kaip degalai. specialūs židiniai.
Į benziną pridėjus etanolio padidėja oktaninis skaičius, todėl benzinas tampa atsparesnis detonacijai. Dėl to daugiau degalų sudega, o ne sprogsta. Paprastai degalų oktaninio skaičiaus didinimas yra labai brangus procesas; etanolio įmaišius į žemos kokybės degalus, jų eksploatacinės savybės pagerėja, o kaina labai nepadidėja. Daugelis automobilių gamintojų savo transporto priemonėse pradėjo naudoti E85 degalus, pagamintus iš 85% etanolio ir 15% naftos produktų.
Bioetanolio židiniai taip pat tampa vis labiau paplitę ir ilgainiui gali visiškai pakeisti įprastus židinius. Kadangi bioetanolis dega labai švariai ir nesusidaro nuodingų degimo produktų, bioetanolio židiniams nereikia dūmtraukio dūmams šalinti; nereikia nerimauti dėl dūmų. Kadangi bioetanolio židiniams nereikalinga jokia papildoma infrastruktūra, juos galima naudoti atskirai stovinčius tokiose vietose, kur įprasto židinio įrengti neįmanoma. Jei jums įdomu, kiek laiko veikia bioetanolio kuras, kai jis nepertraukiamai deginamas židinyje, atsakymas yra 4-8 valandos. Bioetanolio židiniai paprastai leidžia vartotojui reguliuoti kuro degimo greitį naudojant įvairius šilumos nustatymus. Kuo daugiau jis gamina, tuo greičiau sunaudoja degalų.
Ką bioetanolis reiškia degalų gamybos ateičiai?
Bioetanolis nėra vienintelis biokuras. Tačiau šiuo metu ji yra pati populiariausia, o jos pradinė sėkmė tapo pagrindine varomąja jėga, paskatinusia kitų susijusių technologijų mokslinius tyrimus. Kiti du panašūs pavyzdžiai - biodyzelinas ir vandenilio kuras. Išnagrinėję, kaip gaminamas biodyzelinas, bioetanolis ir vandenilio degalai, galime suprasti, kaip atrodys švarios energijos technologijos ateityje.
Biodyzelinas - dar vienas perspektyvus alternatyvus kuras, kurį galima gaminti iš aliejų ir riebalų. Į biodyzeliną galima perdirbti kepimo aliejaus atliekas, augalinį aliejų ir gyvūninius riebalus. Biodyzelinas, kaip ir bioetanolis, sulaukia susidomėjimo kaip galima benzino alternatyva ar papildymas. Didžiausias biodyzelino privalumas yra tas, kad jį galima gaminti perdirbant daugybę lengvai prieinamų produktų. Jį taip pat galima naudoti jau veikiančiuose dyzeliniuose varikliuose be jokių pakeitimų.
Vandenilio degalai - dar vienas alternatyvus degalų šaltinis, kuris yra daug ekologiškesnis nei benzinas. Nors vandenilis yra labiausiai paplitęs elementas visatoje, jis yra ir lengviausias. Todėl laisvas vandenilis Žemėje yra retas, nes plūduriuoja kosmose. Dauguma pramoniniu būdu gaminamo vandenilio pagaminama garų riformingo būdu, kuriam reikia iškastinio kuro. Tačiau atliekami vandenilio gamybos iš biomasės ir vandens elektrolizės tyrimai. Jei šiomis pastangomis pavyks užtikrinti švarią ir veiksmingą vandenilio gamybą, tai gali tapti lemiamu kuro šaltiniu.
Žmogaus sukeltos klimato kaitos padariniai ima ryškėti ir paveikti kiekvieną planetos kampelį, todėl alternatyviosios energijos tyrimai dar niekada nebuvo tokie svarbūs. Nė viena technologija nepadės sušvelninti klimato kaitos padarinių, tačiau, jei įmanoma, pereidami prie anglies dioksido neišskiriančių technologijų, galime pradėti mažinti savo poveikį aplinkai.
Biokuro, pavyzdžiui, bioetanolio, pavyzdys rodo, kaip galėtų atrodyti švarios energijos ateitis. Mūsų planetoje gausu biomasės, todėl galime ją panaudoti savo energijos poreikiams tenkinti be trūkumų, susijusių su iškastinio kuro deginimu. Ateinančiais dešimtmečiais bioetanolis ir kiti biodegalai neabejotinai atliks svarbų vaidmenį padedant mums kaip civilizacijai sumažinti anglies dioksido pėdsaką.