Kas ir bioetanola degviela un kādas ir tās priekšrocības?
Iespējams, pēdējos gados esat redzējuši ziņu reportāžas par automašīnām, kuras darbina ar alkoholu, nevis benzīnu. Ideja par etanola izmantošanu transportlīdzekļu darbināšanai ar degvielu ir pazīstama jau kādu laiku, taču tikai pavisam nesen šī koncepcija tika nopietni izpētīta. Aizstājot degvielu no naftas produktiem ar spirtu, mēs varētu likvidēt kaitīgos izplūdes gāzu dūmus, ko rada jebkura automašīna, kas kā degvielu izmanto benzīnu.
Bioetanols ir aizraujoša alternatīva degviela, kas izraisa aizvien lielāku pētnieku, patērētāju un automobiļu ražotāju interesi. Bet kas ir bioetanols un kāpēc tas tiek uzskatīts par tik daudzsološu?
Kas ir bioetanola degviela?
Etanols jau izsenis ir viena no daudzpusīgākajām un būtiskākajām mums pieejamajām vielām. Lielākā daļa cilvēku etanolu pazīst kā alkoholisko dzērienu sastāvā esošo alkoholu. Taču ķīmiķiem etanols ir daudz vairāk nekā psihoaktīva narkotika; tas ir šķīdinātājs ar bezgalīgu rūpniecisko un ķīmisko pielietojumu klāstu. Pēdējos gados etanols ir kļuvis arī par potenciālu atjaunojamo degvielu automobiļiem un dzīvotspējīgu alternatīvu benzīnam, kura pamatā ir nafta.
Bioetanols vienkārši attiecas uz etanolu, kas ražots no biomasas. Ja jūs interesē, no kā sastāv bioetanola degviela, šeit ir atbilde. Biomasa ir plašs termins, kas ietver jebkuru materiālu, kas iegūts no dzīviem vai nesen mirušiem organismiem. Visizplatītākais biomasas piemērs ir koksne. Sadedzinot koksni, mēs varam tieši atbrīvot tajā esošo enerģiju un izmantot to kā kurināmo. Citas izplatītas biomasas kategorijas ir lauksaimniecības atlikumi un dzīvnieku mēsli, pārtikas un rūpniecības atkritumi, kā arī enerģētiskie kultūraugi.
Kā tiek ražota bioetanola degviela?
No biomasas, kas parasti ir enerģētiskie kultūraugi, bioetanolu var ražot fermentācijas procesā, ko sauc par fermentāciju - tajā pašā procesā, kurā sērskābi izmanto alkoholisko dzērienu ražošanā. Bioetanola ražošanai, izmantojot fermentāciju, var izmantot kukurūzu, cukurniedres, aļģes un daudzus citus plaši pieejamus augus. Fermentācijas procesa laikā noteiktas rauga sugas patērē biomasā esošos cukurus. Tos šķeļot, kā blakusprodukti rodas etanols un oglekļa dioksīds (CO2).
Biomasa parasti satur virkni sarežģītu ogļhidrātu polimēru, ko sauc par celulozi un kas ir atrodama augu šūnu sieniņās. Lai saražotu pietiekami daudz cukura fermentācijai, biomasa jāapstrādā ar īpašām skābēm vai fermentiem. Tās noārda dažas izturīgākās augu šūnas, atklājot to iekšējo struktūru citā procesā, ko sauc par hidrolīzi. Celulozes hidrolīzes rezultātā rodas saharozes cukurs, ko pēc tam var fermentēt, lai iegūtu etanolu. Ir trīs galvenie veidi, kā iegūt cukuru no biomasas parauga: fermentatīvā hidrolīze, atšķaidīta skābes hidrolīze un koncentrēta skābes hidrolīze.
Enzimātiskā hidrolīze: biomasas paraugam pievieno īpašus fermentus. Šie fermenti noārda augu šūnas un hidrolizē celulozi, lai iegūtu saharozi. Šī metode ir nesen ieviests jauninājums, un tās ieviešana pašlaik ir ļoti dārga. Tomēr paredzams, ka, pilnveidojot procesu, laika gaitā tas kļūs ekonomiskāks.
Atšķaidīta skābes hidrolīze: šī metode ir vissenākā un vienkāršākā. Pašlaik tas ir arī visefektīvākais veids, kā izmantot biomasu etanola ražošanai, lai gan nākotnē tas varētu mainīties. Process sastāv no diviem posmiem, katrā no tiem biomasai pievienojot sērskābi, kas atšķaidīta līdz mazāk nekā 1% un uzsildīta līdz 190-215 °C temperatūrai. Vājā skābe un augsta temperatūra hidrolizē celulozi. Pēc tam iegūto šķidrumu var reģenerēt un pārstrādāt.
Koncentrēta skābes hidrolīze: Koncentrētā skābes hidrolīzē izmanto daudz spēcīgāku (70-77%) sērskābes koncentrāciju, ko pievieno izžāvētai biomasai un paaugstina līdz 50 grādu temperatūrai pēc Celsija. Pēc tam maisījumu atšķaida ar ūdeni, līdz koncentrācija ir 20-30% grādi pēc Celsija, un vienu stundu karsē līdz 100 grādiem pēc Celsija. Šī procesa rezultātā rodas gēls, ko var saspiest, lai izdalītu cukura un skābes maisījumu. Maisījumu atdala, izmantojot hromatogrāfijas kolonnu.
Kādas ir bioetanola degvielas priekšrocības?
Bioetanols piedāvā daudzas priekšrocības salīdzinājumā ar vecākiem degvielas veidiem. Tomēr viens no galvenajiem iemesliem ir tas, ka to ražošanai var izmantot jebkuru augu, kas satur cukuru un cieti. Tā kā pētniecība progresē un mēs pilnveidojam procesus, ko izmantojam cukuru ekstrakcijai un fermentācijai, varam sagaidīt, ka raža palielināsies. Pašlaik par daudz piemērotākām bioetanola ražošanai tiek uzskatītas dažas kultūras, taču laika gaitā tas varētu mainīties.
Bioetanola degvielas ražošana ir videi daudz draudzīgāka nekā citu tradicionālo degvielu ražošana, un tiek veikti pasākumi, lai vēl vairāk samazinātu oglekļa dioksīda emisijas. Principā bioetanola ražošanai vajadzētu būt oglekļa ziņā neitrālai, jo vienīgais CO2, kas nonāk atmosfērā, ir CO2, ko augi absorbē fotosintēzes procesā.
Bioetanola ražošana ir ne tikai videi draudzīgāka nekā citu veidu degvielas ražošana, bet, izmantojot degvielu, tā rada daudz tīrākus izgarojumus. Etanols sadeg pilnībā; nav kaitīgu blakusproduktu kā citu veidu degviela. Ja bioetanolu izmanto kā degvielu automašīnu iekšdedzes dzinējos, izplūdes gāzes bieži vien ir tīrākas par apkārtējo gaisu, īpaši pilsētās.
Jo etanols bioloģiski noārdās, tāpēc degvielas noplūdes nav potenciāla vides katastrofa, kā tas ir naftas gadījumā. Ja etanols nonāk ūdenī, tas atšķaidīsies līdz zemai, netoksiskai koncentrācijai.
Kādiem nolūkiem izmanto bioetanola degvielu?
Bioetanola degviela tiek izmantota dažādos veidos, un paredzams, ka, laikam ejot un pilnveidojot ražošanas metodes, tā atradīs arvien vairāk pielietojumu. Ja katru gadu pajautāsiet, kādiem nolūkiem tiek izmantota bioetanola degviela, redzēsiet, ka saraksts kļūst arvien garāks. Divi nozīmīgākie bioetanola degvielas izmantošanas veidi ir kā piedeva vai alternatīva benzīna degvielai un kā degviela īpaši kamīni.
Etanola pievienošana benzīnam palielina oktānskaitli, padarot to izturīgāku pret detonāciju. Rezultātā lielāka degvielas daļa sadeg, nevis eksplodē. Degvielas oktānskaitļa paaugstināšana parasti ir ļoti dārgs process; etanola pievienošana zemas kvalitātes degvielai uzlabo tās veiktspēju, būtiski nepalielinot izmaksas. Daudzi autoražotāji savos transportlīdzekļos ir sākuši izmantot arī E85, kas ir degviela, kas ražota no 85% etanola un 15% naftas produktiem.
Bioetanola kamīni arī kļūst arvien izplatītākas un ar laiku varētu pilnībā aizstāt parastos kamīnus. Tā kā bioetanols deg tik tīri un nerada toksiskus sadegšanas produktus, bioetanola kamīniem nav nepieciešams dūmvads, kas izvada dūmus; nav jāraizējas par dūmiem. Tā kā bioetanola kamīniem nav nepieciešama papildu infrastruktūra, tos var izmantot brīvi stāvošus situācijās, kur parasto kamīnu uzstādīšana nebūtu iespējama. Ja jūs interesē, cik ilgi bioetanola degviela kalpo, ja to nepārtraukti dedzina kamīnā, atbilde ir 4 līdz 8 stundas. Bioetanola kamīni parasti ļauj lietotājam kontrolēt kurināmā sadegšanas ātrumu, izmantojot dažādus siltuma iestatījumus. Jo vairāk tas ražo, jo ātrāk patērē degvielu.
Ko bioetanols nozīmē degvielas ražošanas nākotnei?
Bioetanols nav vienīgā biodegviela. Tomēr pašlaik tā ir visnozīmīgākā, un tās agrīnie panākumi ir bijuši galvenais virzītājspēks citu saistīto tehnoloģiju pētniecībā. Divi citi nozīmīgi līdzīgu koncepciju piemēri ir biodīzeļdegviela un ūdeņraža degviela. Izpētot, kā tiek ražota biodīzeļdegviela, bioetanols un ūdeņraža degviela, mēs varam sākt saprast, kāda būs tīras enerģijas tehnoloģiju nākotne.
Biodīzeļdegviela ir vēl viena daudzsološa alternatīvā degviela, ko var ražot no eļļām un taukiem. Biodīzeļdegvielā var pārvērst pārtikas eļļas atkritumus, augu eļļu un dzīvnieku taukus. Tāpat kā bioetanols, arī biodīzeļdegviela piesaista interesi kā iespējama benzīna alternatīva vai papildinājums. Galvenā biodīzeļdegvielas priekšrocība ir tā, ka to var ražot, pārstrādājot dažādus viegli pieejamus produktus. To var izmantot arī esošajos dīzeļdzinējos bez nepieciešamības veikt modifikācijas.
Ūdeņraža degviela ir vēl viens alternatīvs degvielas avots, kas ir videi daudz draudzīgāks nekā benzīns. Lai gan ūdeņradis ir visizplatītākais elements Visumā, tas ir arī visvieglākais. Tāpēc uz Zemes brīvais ūdeņradis ir retums, jo tas aizplūst kosmosā. Lielākā daļa rūpnieciski ražotā ūdeņraža tiek ražota, izmantojot tvaika riformingu, kam nepieciešams fosilais kurināmais. Tomēr tiek veikti pētījumi, lai ražotu ūdeņradi no biomasas un ūdens elektrolīzes. Ja šo centienu rezultātā tiks panākta tīra un efektīva ūdeņraža ražošana, tas varētu būt ļoti svarīgs degvielas avots.
Tā kā cilvēka izraisīto klimata pārmaiņu ietekme sāk izpausties un ietekmē katru planētas stūrīti, pētījumi alternatīvās enerģijas jomā vēl nekad nav bijuši tik svarīgi. Neviena atsevišķa tehnoloģija nespēj mazināt klimata pārmaiņu ietekmi, taču, ja iespējams, pārejot uz oglekļa ziņā neitrālām tehnoloģijām, mēs varam sākt samazināt savu ietekmi uz vidi.
Tādas biodegvielas kā bioetanols sniedz priekšstatu par to, kāda varētu būt tīras enerģijas nākotne. Biomasas uz mūsu planētas ir daudz, un mēs varam to izmantot, lai apmierinātu savas enerģijas vajadzības bez trūkumiem, kas saistīti ar fosilā kurināmā dedzināšanu. Tuvākajās desmitgadēs bioetanolam un citām biodegvielām noteikti būs liela nozīme, palīdzot mums kā civilizācijai samazināt oglekļa dioksīda emisijas.