Čo je bioetanolové palivo a aké sú jeho výhody?
Možno ste v posledných rokoch videli správy o autách, ktoré jazdia na alkohol namiesto benzínu. Myšlienka používania etanolu ako paliva do vozidiel je známa už dlhšie, ale len nedávno sa táto koncepcia začala vážne skúmať. Nahradením paliva na báze ropy alkoholom by sme mohli odstrániť škodlivé výfukové plyny, ktoré produkuje každé auto, keď používa ako palivo benzín.
Bioetanol je zaujímavé alternatívne palivo, ktoré si získava záujem výskumníkov, spotrebiteľov a výrobcov automobilov. Čo je však bioetanol a prečo sa považuje za taký sľubný?
Čo je bioetanolové palivo?
Etanol je už dlho jednou z najvšestrannejších a najdôležitejších látok, ktoré máme k dispozícii. Väčšina ľudí pozná etanol ako alkohol, ktorý sa nachádza v alkoholických nápojoch. Pre chemikov je však etanol oveľa viac ako psychoaktívna droga; je to rozpúšťadlo s nekonečným množstvom priemyselných a chemických aplikácií. V posledných rokoch sa etanol objavil aj ako potenciálne obnoviteľné palivo pre automobily a životaschopná alternatíva k benzínu na báze ropy.
Bioetanol sa jednoducho vzťahuje na etanol vyrobený z biomasy. Ak vás zaujíma, z čoho sa vyrába palivo na báze bioetanolu, tu je odpoveď. Biomasa je široký pojem, ktorý zahŕňa akýkoľvek materiál získaný zo živého alebo nedávno zomrelého organizmu. Drevo je najbežnejším príkladom biomasy. Spaľovaním dreva môžeme priamo uvoľniť energiu, ktorú obsahuje, a použiť ju ako palivo. Medzi ďalšie bežné kategórie biomasy patria poľnohospodárske zvyšky a maštaľný hnoj, potravinový a priemyselný odpad a energetické plodiny.
Ako sa vyrába palivo na báze bioetanolu?
Z biomasy, zvyčajne vo forme energetických plodín, sa môže vyrábať bioetanol prostredníctvom procesu nazývaného fermentácia, rovnakého procesu, pri ktorom sa kyselina sírová používa na výrobu alkoholických nápojov. Na výrobu bioetanolu fermentáciou možno použiť kukuricu, cukrovú trstinu, riasy a množstvo ďalších bežne dostupných rastlín. Počas procesu fermentácie spotrebúvajú určité druhy kvasiniek cukry v biomase. Pri ich trávení vznikajú ako vedľajšie produkty etanol a oxid uhličitý (CO2).
Biomasa zvyčajne obsahuje rad komplexných sacharidových polymérov nazývaných celulóza, ktoré sa nachádzajú v bunkových stenách rastlín. Aby sa vytvorilo dostatočné množstvo cukru na fermentáciu, musí sa biomasa ošetriť špeciálnymi kyselinami alebo enzýmami. Tie rozkladajú niektoré odolnejšie rastlinné bunky a odhaľujú ich vnútornú štruktúru prostredníctvom ďalšieho procesu nazývaného hydrolýza. Hydrolýzou celulózy vzniká sacharózový cukor, ktorý sa potom môže fermentovať na výrobu etanolu. Existujú tri hlavné spôsoby extrakcie cukru zo vzorky biomasy: enzymatická hydrolýza, zriedená kyslá hydrolýza a koncentrovaná kyslá hydrolýza.
Enzymatická hydrolýza: Do vzorky biomasy sa pridajú špeciálne enzýmy. Tieto enzýmy rozkladajú rastlinné bunky a hydrolyzujú celulózu na výrobu sacharózy. Táto metóda je nedávnou inováciou a v súčasnosti je veľmi nákladná. Očakáva sa však, že časom sa tento proces stane hospodárnejším, pretože sa zdokonalí.
Hydrolýza zriedenou kyselinou: Táto metóda je najstaršia a najjednoduchšia. V súčasnosti je to aj najefektívnejší spôsob využívania biomasy na výrobu etanolu, hoci v budúcnosti sa to môže zmeniť. Proces pozostáva z dvoch fáz, pričom sa do biomasy vždy pridáva kyselina sírová zriedená na menej ako 1% a zahriata na 190 - 215 °C. Slabá kyselina a vysoké teplo hydrolyzujú celulózu. Vzniknutá kvapalina sa potom môže regenerovať a spracovať.
Koncentrovaná kyslá hydrolýza: Koncentrovaná kyslá hydrolýza využíva oveľa silnejšiu (70-77%) koncentráciu kyseliny sírovej, ktorá sa pridáva k vysušenej biomase a zvyšuje sa na teplotu 50 stupňov Celzia. Zmes sa potom zriedi vodou, až kým koncentrácia nie je medzi 20-30% stupňov Celzia, a potom sa zahrieva na 100 stupňov Celzia počas jednej hodiny. Výsledkom tohto procesu je gél, ktorý sa dá stlačiť, aby sa uvoľnila zmes cukru a kyseliny. Zmes sa oddelí pomocou chromatografickej kolóny.
Aké sú výhody bioetanolového paliva?
Bioetanol ponúka v porovnaní so staršími typmi palív mnohé výhody. Jedným z hlavných dôvodov je však to, že na jeho výrobu možno použiť akúkoľvek rastlinu obsahujúcu cukor a škrob. S postupujúcim výskumom a zdokonaľovaním procesov, ktoré používame na extrakciu a kvasenie cukrov, môžeme očakávať, že výnosy sa budú zvyšovať. V súčasnosti sa za oveľa vhodnejšie na výrobu bioetanolu považuje niekoľko plodín, ale to sa môže časom zmeniť.
Výroba bioetanolu je oveľa šetrnejšia k životnému prostrediu ako výroba iných konvenčných palív a prebiehajú snahy o ďalšie znižovanie uhlíkovej stopy. Výroba bioetanolu by mala byť v zásade uhlíkovo neutrálna, pretože jediný CO2, ktorý sa uvoľňuje do atmosféry, je CO2 absorbovaný rastlinou pri fotosyntéze.
Výroba bioetanolu je nielen ekologickejšia ako výroba iných druhov palív, ale pri jeho používaní vznikajú oveľa čistejšie výpary. Etanol sa spaľuje úplne, nevznikajú pri ňom žiadne škodlivé vedľajšie produkty ako pri iných druhoch paliva. Keď sa bioetanol používa ako palivo pre spaľovacie motory v automobiloch, výfukové plyny sú často čistejšie ako okolitý vzduch, najmä v mestskom prostredí.
Pretože etanol biologicky odbúrateľné, únik paliva nepredstavuje potenciálnu environmentálnu katastrofu, ako je to v prípade ropy. Ak sa etanol dostane do vody, zriedi sa na nízku, netoxickú koncentráciu.
Na čo sa používa bioetanolové palivo?
Bioetanolové palivo sa používa v rôznych oblastiach a očakáva sa, že s postupom času a zdokonaľovaním výrobných metód bude nachádzať ďalšie uplatnenie. Ak sa každý rok pýtate, na čo sa používa bioetanol, zistíte, že zoznam je čoraz dlhší. Dve najvýznamnejšie použitia bioetanolu sú ako aditívum alebo alternatíva k benzínu a ako palivo pre špeciálne krby.
Pridaním etanolu do benzínu sa zvyšuje oktánové číslo, čím sa zvyšuje jeho odolnosť voči detonácii. Výsledkom je, že viac paliva zhorí, než vybuchne. Zvyšovanie oktánového čísla paliva je zvyčajne veľmi nákladný proces; pridávanie etanolu do paliva nízkej kvality zlepšuje jeho výkon bez výrazného zvýšenia nákladov. Mnohí výrobcovia automobilov začali vo svojich vozidlách podporovať aj palivo E85, ktoré sa vyrába z 85% etanolu a 15% ropných produktov.
Krby na bioetanol sú tiež čoraz bežnejšie a časom by mohli úplne nahradiť klasické krby. Keďže bioetanol horí tak čisto a neprodukuje žiadne toxické produkty spaľovania, krby na bioetanol nepotrebujú komín na odvod dymu; nemusíte sa obávať žiadneho dymu. Keďže krby na bioetanol nevyžadujú ďalšiu infraštruktúru, môžu sa používať voľne stojace v situáciách, v ktorých by nebolo možné použiť bežný krb. Ak vás zaujíma, ako dlho vydrží bioetanolové palivo pri nepretržitom spaľovaní v krbe, odpoveď je 4 až 8 hodín. Krby na bioetanol zvyčajne umožňujú používateľovi regulovať rýchlosť spaľovania paliva prostredníctvom rôznych nastavení tepla. Čím viac produkuje, tým rýchlejšie spotrebúva palivo.
Čo znamená bioetanol pre budúcnosť výroby palív?
Bioetanol nie je jediným biopalivom. V súčasnosti je však najvýznamnejšou a jej prvé úspechy boli hlavnou hnacou silou výskumu ďalších súvisiacich technológií. Ďalšími dvoma významnými príkladmi podobných koncepcií sú bionafta a vodíkové palivo. Skúmaním toho, ako sa vyrába bionafta, bioetanol a vodíkové palivo, môžeme začať chápať, ako bude vyzerať budúcnosť technológií čistej energie.
Bionafta je ďalším sľubným alternatívnym palivom, ktoré možno vyrábať z olejov a tukov. Odpadový kuchynský olej, rastlinný olej a živočíšne tuky sa dajú premeniť na bionaftu. Podobne ako bioetanol, aj bionafta priťahuje záujem ako možná alternatíva alebo doplnok k benzínu. Hlavnou výhodou bionafty je, že sa dá vyrobiť z recyklácie širokého spektra ľahko dostupných produktov. Môže sa používať aj v existujúcich dieselových motoroch bez potreby úprav.
Vodíkové palivo je ďalším alternatívnym zdrojom paliva, ktorý je oveľa šetrnejší k životnému prostrediu ako benzín. Hoci je vodík najrozšírenejším prvkom vo vesmíre, je zároveň aj najľahším. Voľný vodík je preto na Zemi vzácny, pretože sa vznáša vo vesmíre. Väčšina priemyselne vyrábaného vodíka sa vyrába parným reformingom, ktorý si vyžaduje fosílne palivá. Prebieha však výskum výroby vodíka z biomasy a elektrolýzy vody. Ak tieto snahy povedú k čistej a účinnej výrobe vodíka, mohol by mať rozhodujúci význam ako zdroj paliva.
Keďže sa začínajú prejavovať dôsledky klimatických zmien spôsobených človekom a ovplyvňujú všetky kúty planéty, výskum alternatívnej energie nebol nikdy dôležitejší. Žiadna technológia nám neumožní zmierniť dôsledky zmeny klímy, ale prechodom na uhlíkovo neutrálnu technológiu môžeme podľa možnosti začať znižovať náš vplyv na životné prostredie.
Biopalivá, ako je bioetanol, nám poskytujú pohľad na to, ako by mohla vyzerať budúcnosť čistej energie. Biomasy je na našej planéte dostatok a môžeme ju využiť na pokrytie našich energetických potrieb bez nevýhod spojených so spaľovaním fosílnych palív. V nasledujúcich desaťročiach bude bioetanol a iné biopalivá určite zohrávať dôležitú úlohu pri znižovaní našej uhlíkovej stopy ako civilizácie.