Kaj je gorivo na bioetanol in kakšne so njegove prednosti?
V zadnjih letih ste morda zasledili poročila o avtomobilih, ki namesto na bencin delujejo na alkohol. Zamisel o uporabi etanola za pogon vozil je stara že nekaj časa, vendar se je ta koncept začel resno raziskovati šele pred kratkim. Z zamenjavo goriva iz nafte z alkoholom bi lahko odpravili škodljive izpušne pline, ki jih proizvaja vsak avtomobil, ki za gorivo uporablja bencin.
Bioetanol je vznemirljivo alternativno gorivo, za katerega se zanimajo raziskovalci, potrošniki in proizvajalci avtomobilov. Toda kaj je bioetanol in zakaj velja za tako obetavnega?
Kaj je gorivo na bioetanol?
Etanol je že dolgo ena najbolj vsestranskih in bistvenih snovi, ki so nam na voljo. Večina ljudi pozna etanol kot alkohol v alkoholnih pijačah. Za kemike pa je etanol veliko več kot psihoaktivna droga; je topilo z neskončno vrsto industrijskih in kemičnih aplikacij. V zadnjih letih je etanol postal tudi potencialno obnovljivo gorivo za avtomobile in primerna alternativa bencinu na osnovi nafte.
Bioetanol se preprosto nanaša na etanol, proizveden iz biomase. Če se sprašujete, iz česa je sestavljeno gorivo na bioetanol, je tu vaš odgovor. Biomasa je širok pojem, ki vključuje vse snovi, pridobljene iz živega ali nedavno umrlega organizma. Les je najpogostejši primer biomase. S kurjenjem lesa lahko neposredno sprostimo energijo, ki jo vsebuje, in jo uporabimo kot gorivo. Druge pogoste kategorije biomase so kmetijski ostanki in živalski gnoj, živilski in industrijski odpadki ter energetski pridelki.
Kako nastane gorivo bioetanol?
Iz biomase, običajno v obliki energetskih rastlin, je mogoče proizvesti bioetanol s postopkom, imenovanim fermentacija, enakim postopku, pri katerem se žveplova kislina uporablja za proizvodnjo alkoholnih pijač. Iz koruze, sladkornega trsa, alg in številnih drugih široko dostopnih rastlin je mogoče s fermentacijo proizvesti bioetanol. Med postopkom fermentacije nekatere vrste kvasovk porabijo sladkorje v biomasi. Pri njihovi prebavi kot stranska produkta nastaneta etanol in ogljikov dioksid (CO2).
Biomasa običajno vsebuje vrsto kompleksnih polimerov ogljikovih hidratov, imenovanih celuloza, ki jih najdemo v celičnih stenah rastlin. Da biomasa proizvede dovolj sladkorja za fermentacijo, jo je treba obdelati s posebnimi kislinami ali encimi. Ti razgradijo nekatere bolj odporne rastlinske celice in razkrijejo njihovo notranjo strukturo z drugim postopkom, imenovanim hidroliza. Pri hidrolizi celuloze nastane sladkor saharoza, ki se lahko fermentira in proizvede etanol. Obstajajo trije glavni načini pridobivanja sladkorja iz vzorca biomase: encimska hidroliza, razredčena kisla hidroliza in koncentrirana kisla hidroliza.
Encimska hidroliza: vzorcu biomase se dodajo posebni encimi. Ti encimi razgrajujejo rastlinske celice in hidrolizirajo celulozo, da nastane saharoza. Ta metoda je nedavna inovacija, njena uporaba pa je trenutno zelo draga. Vendar se pričakuje, da bo sčasoma, ko bo postopek izpopolnjen, postal bolj ekonomičen.
Hidroliza z razredčeno kislino: Ta metoda je najstarejša in najenostavnejša. Trenutno je to tudi najučinkovitejši način uporabe biomase za proizvodnjo etanola, čeprav se lahko to v prihodnosti spremeni. Postopek je sestavljen iz dveh stopenj, pri čemer se biomasi vsakič doda žveplova kislina, razredčena na manj kot 1% in segreta na 190-215 stopinj Celzija. Šibka kislina in visoka temperatura hidrolizirata celulozo. Nastalo tekočino je mogoče nato izločiti in predelati.
Koncentrirana kislinska hidroliza: Pri koncentrirani kislinski hidrolizi se uporablja veliko močnejša (70-77%) koncentracija žveplove kisline, ki se doda posušeni biomasi in segreje na temperaturo 50 stopinj Celzija. Mešanico nato razredčimo z vodo, dokler koncentracija ni med 20-30% stopinj Celzija, nato pa jo eno uro segrevamo na 100 stopinj Celzija. Rezultat tega postopka je gel, ki ga je mogoče stisniti, da se sprosti mešanica sladkorja in kisline. Mešanico ločimo s kromatografsko kolono.
Kakšne so prednosti goriva na bioetanol?
Bioetanol ima številne prednosti v primerjavi s starejšimi vrstami goriva. Eden od glavnih razlogov je, da se za proizvodnjo lahko uporabijo vse rastline, ki vsebujejo sladkor in škrob. Z razvojem raziskav in izpopolnjevanjem postopkov za pridobivanje in fermentacijo sladkorjev lahko pričakujemo, da se bo donos povečal. Trenutno velja, da je za proizvodnjo bioetanola veliko boljša peščica poljščin, vendar se to lahko sčasoma spremeni.
Proizvodnja goriva iz bioetanola je okolju veliko prijaznejša od drugih konvencionalnih goriv, poleg tega pa si nenehno prizadevajo za nadaljnje zmanjšanje ogljičnega odtisa. Načeloma bi morala biti proizvodnja bioetanola ogljično nevtralna, saj se v ozračje sprošča le CO2, ki ga rastlina absorbira pri fotosintezi.
Proizvodnja bioetanola ni le bolj zelena od drugih vrst proizvodnje goriva, temveč pri uporabi goriva nastajajo tudi veliko čistejši hlapi. Etanol v celoti zgori, zato ni škodljivih stranskih produktov kot pri drugih vrstah goriva. Ko se bioetanol uporablja kot gorivo za motorje z notranjim izgorevanjem v avtomobilih, so izpušni plini pogosto čistejši od okoliškega zraka, zlasti v mestnih okoljih.
Ker etanol ker je biološko razgradljivo, razlitje goriva ni potencialna okoljska katastrofa, kot je to v primeru nafte. Če etanol pride v vodo, se razredči do nizke, nestrupene koncentracije.
Za kaj se uporablja gorivo bioetanol?
Gorivo iz bioetanola se uporablja v različnih okoliščinah in pričakuje se, da bo sčasoma in z izboljšanjem proizvodnih metod našlo še več aplikacij. Če se vsako leto vprašate, za kaj se uporablja gorivo bioetanol, boste videli, da je seznam vedno daljši. Dve najpomembnejši uporabi bioetanola sta kot dodatek ali alternativa bencinskemu gorivu in kot gorivo za posebni kamini.
Dodajanje etanola bencinu poveča oktansko število, zaradi česar je bencin bolj odporen proti detonaciji. Posledica tega je, da več goriva zgori in ne eksplodira. Povečanje oktanskega števila goriva je običajno zelo drag postopek; dodajanje etanola v nizkokakovostno gorivo izboljša njegovo zmogljivost, ne da bi se stroški bistveno povečali. Številni proizvajalci avtomobilov so v svojih vozilih začeli uporabljati tudi gorivo E85, ki je izdelano iz 85% etanola in 15% naftnih derivatov.
Kamini na bioetanol postajajo vse bolj razširjeni in bi sčasoma lahko popolnoma nadomestili običajne kamine. Ker bioetanol gori tako čisto in ne proizvaja strupenih produktov zgorevanja, kamini na bioetanol ne potrebujejo dimnika, ki bi odvajal dim; ni treba skrbeti za dim. Ker kamini na bioetanol ne potrebujejo dodatne infrastrukture, jih je mogoče uporabljati kot prostostoječe kamine tudi tam, kjer običajni kamin ne bi bil mogoč. Če se sprašujete, kako dolgo zdrži gorivo na bioetanol pri neprekinjenem gorenju v kaminu, je odgovor 4 do 8 ur. Kamini na bioetanol običajno omogočajo, da uporabnik z različnimi nastavitvami toplote nadzoruje hitrost izgorevanja goriva. Več kot proizvede, hitreje porabi gorivo.
Kaj pomeni bioetanol za prihodnost proizvodnje goriv?
Bioetanol ni edino biogorivo. Vendar pa je trenutno najbolj prepoznavna, njeni zgodnji uspehi pa so bili glavno gonilo raziskav drugih sorodnih tehnologij. Druga dva pomembna primera podobnih konceptov sta biodizel in vodikovo gorivo. Če preučimo, kako se proizvajajo biodizel, bioetanol in vodikovo gorivo, lahko začnemo razumeti, kakšna bo prihodnost tehnologij čiste energije.
Biodizel je še eno obetavno alternativno gorivo, ki ga je mogoče proizvesti iz olj in maščob. Odpadno kuhinjsko olje, rastlinsko olje in živalske maščobe je mogoče pretvoriti v biodizel. Tako kot bioetanol tudi biodizel vzbuja zanimanje kot možna alternativa ali dopolnilo bencinu. Glavna prednost biodizla je, da ga je mogoče izdelati z recikliranjem številnih izdelkov, ki so takoj na voljo. Uporablja se lahko tudi v obstoječih dizelskih motorjih, ne da bi ga bilo treba spreminjati.
Vodikovo gorivo je še en alternativni vir goriva, ki je veliko bolj okolju prijazen kot bencin. Čeprav je vodik najbolj razširjen element v vesolju, je tudi najlažji. Zato je prosti vodik na Zemlji redek, saj lebdi v vesolju. Večina industrijsko proizvedenega vodika se pridobiva s parnim reformingom, za katerega so potrebna fosilna goriva. Vendar pa potekajo raziskave za pridobivanje vodika iz biomase in elektrolize vode. Če bodo ta prizadevanja pripeljala do čiste in učinkovite proizvodnje vodika, bo ta lahko ključnega pomena kot vir goriva.
Ker se učinki podnebnih sprememb, ki jih povzroča človek, kažejo in vplivajo na vse kotičke planeta, raziskave na področju alternativne energije še nikoli niso bile tako pomembne. Z nobeno tehnologijo ne moremo ublažiti učinkov podnebnih sprememb, vendar lahko s prehodom na ogljično nevtralno tehnologijo, kjer je to mogoče, začnemo zmanjševati svoj vpliv na okolje.
Biogoriva, kot je bioetanol, nam omogočajo vpogled v prihodnost čiste energije. Biomasa je na našem planetu v izobilju in jo lahko izkoristimo za zadovoljitev naših potreb po energiji brez slabosti, povezanih z izgorevanjem fosilnih goriv. V prihodnjih desetletjih bodo bioetanol in druga biogoriva zagotovo igrali pomembno vlogo pri zmanjševanju ogljičnega odtisa naše civilizacije.