Ce este combustibilul bioetanol și care sunt avantajele sale?
Poate ați văzut în ultimii ani reportaje despre mașini care funcționează cu alcool în loc de benzină. Ideea utilizării etanolului pentru alimentarea vehiculelor există de ceva timp, dar conceptul a fost explorat în mod serios abia recent. Prin înlocuirea combustibilului pe bază de petrol cu alcool, am putea elimina gazele de eșapament dăunătoare pe care orice mașină le produce atunci când folosește benzină drept combustibil.
Bioetanolul este un combustibil alternativ interesant care suscită interesul cercetătorilor, consumatorilor și producătorilor de automobile. Dar ce este bioetanolul și de ce este considerat atât de promițător?
Ce este combustibilul bioetanol?
Etanolul a fost mult timp una dintre cele mai versatile și esențiale substanțe pe care le avem la dispoziție. Cei mai mulți oameni știu că etanolul este alcoolul din băuturile alcoolice. Pentru chimiști, însă, etanolul este mult mai mult decât un drog psihoactiv; este un solvent cu o gamă nesfârșită de aplicații industriale și chimice. În ultimii ani, etanolul a apărut, de asemenea, ca un potențial combustibil regenerabil pentru automobile și o alternativă viabilă la benzina pe bază de petrol.
Bioetanol se referă pur și simplu la etanolul produs din biomasă. Dacă vă întrebați din ce este compus combustibilul bioetanol, iată răspunsul dumneavoastră. Biomasa este un termen larg care include orice material derivat dintr-un organism viu sau recent decedat. Lemnul este cel mai comun exemplu de biomasă. Prin arderea lemnului, putem elibera direct energia pe care o conține și o putem folosi drept combustibil. Alte categorii comune de biomasă includ reziduurile agricole și gunoiul de grajd, deșeurile alimentare și industriale, precum și culturile energetice.
Cum se produce bioetanolul?
Biomasa, de obicei sub formă de culturi energetice, poate produce bioetanol printr-un proces numit fermentație, același proces prin care acidul sulfuric este utilizat pentru fabricarea băuturilor alcoolice. Porumbul, trestia de zahăr, algele și o serie de alte plante disponibile pe scară largă pot fi utilizate pentru a produce bioetanol prin fermentație. În timpul procesului de fermentare, anumite specii de drojdie consumă zaharurile din biomasă. Când le digeră, acestea produc etanol și dioxid de carbon (CO2) ca produse secundare.
Biomasa conține, de obicei, o serie de polimeri carbohidrați complecși numiți celuloză, care se găsesc în pereții celulari ai plantelor. Pentru a produce suficient zahăr pentru fermentare, biomasa trebuie tratată cu acizi sau enzime speciale. Acestea descompun unele dintre cele mai rezistente celule vegetale, expunându-le structura internă printr-un alt proces numit hidroliză. Hidroliza celulozei produce zahărul zaharoză, care poate fi apoi fermentat pentru a produce etanol. Există trei modalități principale de a extrage zahărul dintr-o probă de biomasă: hidroliza enzimatică, hidroliza acidă diluată și hidroliza acidă concentrată.
Hidroliza enzimatică: La proba de biomasă se adaugă enzime speciale. Aceste enzime descompun celulele vegetale și hidrolizează celuloza pentru a produce zaharoză. Această metodă este o inovație recentă și, în prezent, este foarte costisitoare pentru implementare. Cu toate acestea, se preconizează că va deveni mai economic în timp, pe măsură ce procesul va fi perfecționat.
Hidroliza acidă diluată: Această metodă este cea mai veche și cea mai simplă. De asemenea, în prezent, este cel mai eficient mod de a utiliza biomasa pentru producția de etanol, deși acest lucru s-ar putea schimba în viitor. Procedeul constă în două etape, de fiecare dată adăugându-se acid sulfuric, diluat la mai puțin de 1% și încălzit la 190 - 215 grade Celsius, la biomasă. Acidul slab și căldura mare hidrolizează celuloza. Lichidul rezultat poate fi apoi recuperat și prelucrat.
Hidroliză acidă concentrată: Hidroliza acidă concentrată utilizează o concentrație mult mai puternică (70-77%) de acid sulfuric, care se adaugă la biomasa uscată și se ridică la o temperatură de 50 de grade Celsius. Amestecul este apoi diluat cu apă până când concentrația se situează între 20-30%grade Celsius, înainte de a fi încălzit la 100 grade Celsius timp de o oră. Rezultatul acestui proces este un gel care poate fi presat pentru a elibera un amestec de zahăr și acid. Amestecul se separă cu ajutorul unei coloane cromatografice.
Care sunt avantajele bioetanolului?
Bioetanol oferă numeroase avantaje față de tipurile de combustibil mai vechi. Cu toate acestea, unul dintre principalele motive este faptul că orice plantă care conține zahăr și amidon poate fi folosită pentru a o produce. Pe măsură ce cercetările progresează și perfecționăm procesele pe care le folosim pentru a extrage și fermenta zaharurile, ne putem aștepta ca randamentele să crească. În prezent, câteva culturi sunt considerate mult superioare pentru producția de bioetanol, dar acest lucru s-ar putea schimba în timp.
Producția de bioetanol este mult mai ecologică decât alți carburanți convenționali și se depun eforturi continue pentru a reduce și mai mult amprenta de carbon. În principiu, producția de bioetanol ar trebui să fie neutră din punct de vedere al emisiilor de dioxid de carbon, deoarece singurul CO2 eliberat în atmosferă este cel absorbit de plante prin fotosinteză.
Producția de bioetanol nu numai că este mai ecologică decât alte tipuri de producție de combustibil, dar, atunci când combustibilul este utilizat, produce gaze de eșapament mult mai curate. Etanolul arde complet; nu există produse secundare dăunătoare, cum ar fi alte tipuri de combustibil. Atunci când bioetanolul este utilizat ca și combustibil pentru motoarele cu combustie internă ale autoturismelor, gazele de eșapament sunt adesea mai curate decât aerul înconjurător, în special în mediul urban.
Pentru că etanol biodegradabile, deversările de combustibil nu reprezintă un potențial dezastru ecologic, așa cum este cazul petrolului. În cazul în care etanolul ajunge în apă, se va dilua până la o concentrație scăzută, netoxică.
La ce se folosește bioetanolul?
Combustibilul bioetanol este utilizat într-o varietate de contexte și se preconizează că va găsi tot mai multe aplicații pe măsură ce trece timpul și se îmbunătățesc metodele de producție. Dacă întrebați în fiecare an la ce se folosește bioetanolul, veți vedea că lista devine din ce în ce mai lungă. Cele două utilizări cele mai importante ale bioetanolului sunt ca aditiv sau alternativă la petrol și ca combustibil pentru șeminee speciale.
Adăugarea etanolului la benzină crește cifra octanică, făcând-o mai rezistentă la detonare. Rezultatul este că o cantitate mai mare de combustibil arde în loc să explodeze. Creșterea cifrei octanice a combustibilului este, de obicei, un proces foarte costisitor; adăugarea de etanol la combustibilul de calitate inferioară îmbunătățește performanța acestuia fără a crește semnificativ costurile. Mulți producători de automobile au început, de asemenea, să accepte E85 în vehiculele lor, un combustibil obținut din 85% etanol și 15% produse petroliere.
Șeminee cu bioetanol sunt, de asemenea, din ce în ce mai răspândite și ar putea, în cele din urmă, să înlocuiască complet șemineele convenționale. Deoarece bioetanolul arde atât de curat și nu produce produse toxice de combustie, șemineele pe bioetanol nu au nevoie de un coș de fum pentru a evacua fumul; nu trebuie să vă faceți griji cu privire la fum. Deoarece șemineele pe bioetanol nu necesită o infrastructură suplimentară, acestea pot fi utilizate independent în situații în care un șemineu convențional ar fi imposibil de instalat. Dacă vă întrebați cât durează combustibilul pe bază de bioetanol atunci când este ars continuu într-un șemineu, răspunsul este de 4 până la 8 ore. Șemineele cu bioetanol permit, de obicei, utilizatorului să controleze rata de ardere a combustibilului prin diferite setări de căldură. Cu cât produce mai mult, cu atât mai repede consumă combustibil.
Ce înseamnă bioetanolul pentru viitorul producției de carburanți?
Bioetanolul nu este singurul biocombustibil existent. Cu toate acestea, în prezent este cea mai importantă, iar succesele sale timpurii au fost un motor important pentru cercetarea altor tehnologii conexe. Alte două exemple proeminente de concepte similare sunt biodiesel și combustibilul pe bază de hidrogen. Examinând modul în care se fabrică biodiesel, bioetanol și hidrogenul, putem începe să înțelegem cum va arăta viitorul tehnologiilor energetice curate.
Biodieselul este un alt combustibil alternativ promițător care poate fi produs din uleiuri și grăsimi. Uleiul alimentar uzat, uleiul vegetal și grăsimile animale pot fi transformate în biodiesel. La fel ca bioetanolul, biodieselul suscită interes ca o posibilă alternativă sau completare la benzină. Un avantaj major al biomotorinei este faptul că poate fi obținută din reciclarea unei game largi de produse ușor disponibile. De asemenea, poate fi utilizat în motoarele diesel existente fără a fi nevoie de modificări.
Combustibilul pe bază de hidrogen este o altă sursă alternativă de combustibil care este mult mai ecologică decât benzina. Deși hidrogenul este cel mai abundent element din univers, este și cel mai ușor. Prin urmare, hidrogenul liber este rar pe Pământ, deoarece plutește în spațiu. Cea mai mare parte a hidrogenului produs industrial este obținut prin reformare cu abur, care necesită combustibili fosili. Cu toate acestea, sunt în curs de cercetare pentru a produce hidrogen din biomasă și din electroliza apei. În cazul în care aceste eforturi vor conduce la o producție curată și eficientă de hidrogen, acesta ar putea fi o sursă de combustibil esențială.
Pe măsură ce efectele schimbărilor climatice provocate de om încep să se manifeste și să afecteze fiecare colț al planetei, cercetarea în domeniul energiei alternative nu a fost niciodată mai importantă. Nicio tehnologie nu ne poate permite să atenuăm efectele schimbărilor climatice, însă, dacă trecem la tehnologii neutre din punct de vedere al emisiilor de dioxid de carbon, atunci când este posibil, putem începe să reducem impactul nostru asupra mediului.
Biocombustibilii, precum bioetanolul, ne oferă o imagine a ceea ce ar putea fi un viitor energetic curat. Biomasa este abundentă pe planeta noastră și o putem valorifica pentru a ne satisface nevoile energetice fără inconvenientele asociate cu arderea combustibililor fosili. În deceniile următoare, bioetanolul și alți biocombustibili vor juca cu siguranță un rol important în reducerea amprentei de carbon a civilizației noastre.