Что такое биоэтаноловое топливо и каковы его преимущества?
Возможно, в последние годы вы видели в новостях сообщения об автомобилях, работающих не на бензине, а на спирте. Идея использования этанола для заправки автомобилей возникла уже давно, но только совсем недавно эта концепция была серьезно изучена. Заменив топливо на основе нефти спиртом, мы сможем избавиться от вредных выхлопных газов, которые производит любой автомобиль, использующий в качестве топлива бензин.
Биоэтанол - это захватывающее альтернативное топливо, которое вызывает интерес у исследователей, потребителей и автопроизводителей. Но что такое биоэтанол, и почему он считается таким перспективным?
Что такое биоэтаноловое топливо?
Этанол уже давно является одним из самых универсальных и необходимых веществ, доступных нам. Большинство людей знают этанол как спирт, содержащийся в алкогольных напитках. Но для химиков этанол - это гораздо больше, чем психоактивный наркотик; это растворитель с бесконечным множеством промышленных и химических применений. В последние годы этанол также стал потенциальным возобновляемым топливом для автомобилей и жизнеспособной альтернативой бензину на основе нефти.
Биоэтанол просто относится к этанолу, произведенному из биомассы. Если вам интересно, из чего делают биоэтаноловое топливо, то вот вам ответ. Биомасса - это широкий термин, который включает в себя любой материал, полученный из живого или недавно умершего организма. Древесина является наиболее распространенным примером биомассы. Сжигая древесину, мы можем напрямую высвободить содержащуюся в ней энергию и использовать ее в качестве топлива. Другие распространенные категории биомассы включают сельскохозяйственные остатки и навоз животных, пищевые и промышленные отходы, а также энергетические культуры.
Как производится биоэтаноловое топливо?
Биомасса, обычно в виде энергетических культур, может производить биоэтанол посредством процесса, называемого ферментацией, того же процесса, в котором серная кислота используется для производства алкогольных напитков. Кукуруза, сахарный тростник, водоросли и множество других широко доступных растений могут быть использованы для производства биоэтанола путем ферментации. В процессе ферментации определенные виды дрожжей потребляют сахара, содержащиеся в биомассе. При их переваривании в качестве побочных продуктов образуются этанол и углекислый газ (CO2).
Биомасса обычно содержит ряд сложных углеводных полимеров, называемых целлюлозой, которая содержится в клеточных стенках растений. Чтобы получить достаточное количество сахара для ферментации, биомассу необходимо обработать специальными кислотами или ферментами. Они разрушают некоторые из наиболее устойчивых растительных клеток, обнажая их внутреннюю структуру в результате другого процесса, называемого гидролизом. В результате гидролиза целлюлозы образуется сахар сахароза, который затем может быть ферментирован для получения этанола. Существует три основных способа извлечения сахара из образца биомассы: ферментативный гидролиз, гидролиз разбавленной кислотой и гидролиз концентрированной кислотой.
Ферментативный гидролиз: В образец биомассы добавляются специальные ферменты. Эти ферменты расщепляют растительные клетки и гидролизуют целлюлозу для получения сахарозы. Этот метод является недавней инновацией и в настоящее время очень дорог в реализации. Однако ожидается, что со временем, по мере совершенствования процесса, он станет более экономичным.
Гидролиз разбавленной кислотой: Этот метод является самым старым и простым. В настоящее время это также наиболее эффективный способ использования биомассы для производства этанола, хотя в будущем ситуация может измениться. Процесс состоит из двух этапов, на каждом из которых к биомассе добавляется серная кислота, разбавленная до уровня менее 1% и нагретая до 190 - 215 градусов Цельсия. Слабая кислота и высокая температура гидролизуют целлюлозу. Затем полученную жидкость можно извлечь и переработать.
Концентрированный кислотный гидролиз: При концентрированном кислотном гидролизе используется гораздо более сильная (70-77%) концентрация серной кислоты, которая добавляется к высушенной биомассе и поднимается до температуры 50 градусов Цельсия. Затем смесь разбавляют водой до концентрации в пределах 20-30grees Celsius, после чего нагревают до 100 градусов Цельсия в течение одного часа. В результате этого процесса образуется гель, который можно спрессовать, чтобы высвободить смесь сахара и кислоты. Смесь разделяют с помощью хроматографической колонки.
Каковы преимущества топлива на основе биоэтанола?
Биоэтанол обладает многочисленными преимуществами по сравнению с более старыми видами топлива. Однако одна из главных причин заключается в том, что для его производства можно использовать любое растение, содержащее сахар и крахмал. По мере развития исследований и совершенствования процессов, используемых для извлечения и ферментации сахаров, мы можем ожидать повышения урожайности. В настоящее время несколько культур считаются наиболее подходящими для производства биоэтанола, но со временем ситуация может измениться.
Производство биоэтанола гораздо более экологично, чем производство других традиционных видов топлива, и в настоящее время предпринимаются усилия по дальнейшему снижению углеродного следа. В принципе, производство биоэтанола должно быть углеродно-нейтральным, поскольку в атмосферу выделяется только CO2, поглощенный растением в процессе фотосинтеза.
Производство биоэтанола не только экологичнее, чем производство других видов топлива, но и при его использовании выделяются гораздо более чистые пары. Этанол сгорает полностью; в нем нет вредных побочных продуктов, как в других видах топлива. Когда биоэтанол используется в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания в автомобилях, выхлопные газы зачастую чище окружающего воздуха, особенно в городских условиях.
Потому что этанол биоразлагаемые, разливы топлива не являются потенциальной экологической катастрофой, как в случае с нефтью. Если этанол попадет в воду, он разбавится до низкой, нетоксичной концентрации.
Для чего используется биоэтаноловое топливо?
Биоэтаноловое топливо используется в различных контекстах, и ожидается, что со временем и совершенствованием методов производства оно найдет еще больше применений. Если вы каждый год будете спрашивать, для чего используется биоэтаноловое топливо, то увидите, что список становится все длиннее и длиннее. Два наиболее известных направления использования биоэтанола - в качестве добавки или альтернативы бензину и как топливо для специальные камины.
Добавление этанола в бензин повышает октановое число, делая его более устойчивым к детонации. В результате большее количество топлива сгорает, а не взрывается. Повышение октанового числа топлива обычно является очень дорогостоящим процессом; добавление этанола в низкосортное топливо улучшает его характеристики без существенного увеличения стоимости. Многие автопроизводители также начали поддерживать в своих автомобилях топливо E85, которое изготавливается из 85% этанола и 15% нефтепродуктов.
Биоэтаноловые камины также становятся все более распространенными и со временем могут полностью заменить обычные камины. Поскольку биоэтанол горит так чисто и не производит токсичных продуктов сгорания, биоэтаноловым каминам не нужен дымоход для отвода дыма; нет необходимости беспокоиться о дыме. Поскольку биоэтаноловые камины не требуют дополнительной инфраструктуры, их можно использовать отдельно стоящими в ситуациях, когда установка обычного камина была бы невозможна. Если вам интересно, как долго горит биоэтаноловое топливо при постоянном сжигании в камине, ответ - от 4 до 8 часов. Биоэтаноловые камины обычно позволяют пользователю контролировать скорость сгорания топлива с помощью различных настроек тепла. Чем больше он производит, тем быстрее расходует топливо.
Что означает биоэтанол для будущего производства топлива?
Биоэтанол - не единственное биотопливо. Однако в настоящее время он является наиболее известным, а его первые успехи послужили основным стимулом для исследований других смежных технологий. Двумя другими яркими примерами подобных концепций являются биодизель и водородное топливо. Изучив процесс производства биодизеля, биоэтанола и водородного топлива, мы сможем понять, каким будет будущее чистых энергетических технологий.
Биодизель - еще одно перспективное альтернативное топливо, которое можно производить из масел и жиров. Отработанное кулинарное масло, растительное масло и животные жиры могут быть преобразованы в биодизель. Как и биоэтанол, биодизель вызывает интерес как возможная альтернатива или дополнение к бензину. Основным преимуществом биодизельного топлива является то, что оно может быть произведено из переработки широкого спектра легкодоступных продуктов. Он также может быть использован в существующих дизельных двигателях без необходимости модификации.
Водородное топливо - это еще один альтернативный источник топлива, который гораздо более экологичен, чем бензин. Хотя водород является самым распространенным элементом во Вселенной, он также самый легкий. В результате свободный водород редко встречается на Земле, потому что он улетучивается в космос. Большинство промышленно производимого водорода изготавливается методом парового риформинга, для которого требуется ископаемое топливо. Однако в настоящее время ведутся исследования по производству водорода из биомассы и электролизом воды. Если эти усилия приведут к чистому, эффективному производству водорода, то он может иметь решающее значение в качестве источника топлива.
Поскольку последствия антропогенного изменения климата начинают проявляться и затрагивать каждый уголок планеты, исследования в области альтернативной энергетики как никогда важны. Ни одна технология не может позволить нам смягчить последствия изменения климата, но, переходя по возможности на углеродно-нейтральные технологии, мы можем начать снижать наше воздействие на окружающую среду.
Биотопливо, такое как биоэтанол, дает нам представление о том, каким может быть будущее чистой энергии. Биомасса в изобилии присутствует на нашей планете, и мы можем использовать ее для удовлетворения наших энергетических потребностей без недостатков, связанных со сжиганием ископаемого топлива. В ближайшие десятилетия биоэтанол и другие виды биотоплива, безусловно, будут играть важную роль в том, чтобы помочь нам уменьшить наш углеродный след как цивилизации.