Vad är bioetanolbränsle och vilka är dess fördelar?
Du kanske har sett nyhetsrapporter de senaste åren om bilar som drivs med alkohol i stället för bensin. Tanken på att använda etanol som bränsle för fordon har funnits länge, men det är först på senare tid som konceptet har undersökts på allvar. Genom att ersätta oljebaserat bränsle med alkohol skulle vi kunna eliminera de skadliga avgaser som en bil producerar när den använder bensin som bränsle.
Bioetanol är ett spännande alternativt bränsle som väcker intresse bland forskare, konsumenter och biltillverkare. Men vad är bioetanol och varför anses det vara så lovande?
Vad är bioetanolbränsle?
Etanol har länge varit ett av de mest mångsidiga och viktiga ämnen som vi har tillgång till. De flesta känner till etanol som den alkohol som finns i alkoholhaltiga drycker. Men för kemister är etanol mycket mer än en psykoaktiv drog; det är ett lösningsmedel med en oändlig mängd industriella och kemiska tillämpningar. Under de senaste åren har etanol också framträtt som ett potentiellt förnybart bränsle för bilar och ett lönsamt alternativ till oljebaserad bensin.
Bioetanol avser helt enkelt etanol som framställs av biomassa. Om du undrar vad bioetanolbränsle består av, får du svaret här. Biomassa är ett brett begrepp som omfattar allt material som härrör från en levande eller nyligen avliden organism. Trä är det vanligaste exemplet på biomassa. Genom att elda ved kan vi direkt frigöra den energi som den innehåller och använda den som bränsle. Andra vanliga kategorier av biomassa är jordbruksrester och djurgödsel, livsmedels- och industriavfall samt energigrödor.
Hur tillverkas bioetanolbränsle?
Biomassa, vanligtvis i form av energigrödor, kan producera bioetanol genom en process som kallas jäsning, samma process som svavelsyra används för att göra alkoholhaltiga drycker. Majs, sockerrör, alger och en mängd andra allmänt tillgängliga växter kan användas för att framställa bioetanol genom jäsning. Under jäsningsprocessen förbrukar vissa jästarter sockret i biomassan. När de smälter dem producerar de etanol och koldioxid (CO2) som biprodukter.
Biomassa innehåller vanligtvis en rad komplexa kolhydratpolymerer som kallas cellulosa och som finns i växternas cellväggar. För att producera tillräckligt med socker för jäsning måste biomassan behandlas med särskilda syror eller enzymer. De bryter ner några av de mer motståndskraftiga växtcellerna och blottar deras inre struktur genom en annan process som kallas hydrolys. Hydrolysen av cellulosa ger sackaros, som sedan kan jäsas för att producera etanol. Det finns tre huvudsakliga sätt att extrahera socker från ett biomassaprov: enzymatisk hydrolys, hydrolys med utspädd syra och hydrolys med koncentrerad syra.
Enzymatisk hydrolys: Särskilda enzymer tillsätts till biomassaprovet. Dessa enzymer bryter ner växtcellerna och hydrolyserar cellulosan för att producera sackaros. Denna metod är en ny innovation och är för närvarande mycket dyr att genomföra. Den förväntas dock bli mer ekonomisk med tiden när processen förfinas.
Hydrolys med utspädd syra: Denna metod är den äldsta och enklaste. Det är också för närvarande det mest effektiva sättet att använda biomassa för etanolproduktion, även om detta kan komma att ändras i framtiden. Processen består av två steg, där biomassan varje gång tillsätts svavelsyra, utspädd till mindre än 1% och upphettad till 190-215 grader Celsius. Den svaga syran och den höga värmen hydrolyserar cellulosan. Den vätska som bildas kan sedan återvinnas och bearbetas.
Koncentrerad syrahydrolys: Koncentrerad syrahydrolys använder en mycket starkare koncentration (70-77%) av svavelsyra, som tillsätts till torkad biomassa och höjs till en temperatur på 50 grader Celsius. Blandningen späds sedan med vatten tills koncentrationen är mellan 20-30%grader Celsius, innan den värms till 100 grader Celsius i en timme. Resultatet av denna process är en gel som kan pressas för att frigöra en blandning av socker och syra. Blandningen separeras med hjälp av en kromatografisk kolonn.
Vilka är fördelarna med bioetanolbränsle?
Bioetanol har många fördelar jämfört med äldre bränslen. Ett av de viktigaste skälen är dock att alla växter som innehåller socker och stärkelse kan användas för att producera det. I takt med att forskningen går framåt och vi förfinar de processer vi använder för att utvinna och jäsa socker kan vi förvänta oss att avkastningen ökar. En handfull grödor anses för närvarande vara överlägsna för bioetanolproduktion, men detta kan komma att ändras med tiden.
Produktionen av bioetanolbränsle är mycket mer miljövänlig än andra konventionella bränslen, och det pågår ständigt ansträngningar för att ytterligare minska koldioxidavtrycket. I princip borde produktionen av bioetanol vara koldioxidneutral, eftersom den enda koldioxid som släpps ut i atmosfären är den koldioxid som växten tar upp genom fotosyntesen.
Bioetanolproduktion är inte bara miljövänligare än andra typer av bränsleproduktion, utan när bränslet används ger det upphov till mycket renare rökgaser. Etanol brinner helt och hållet, det finns inga skadliga biprodukter som andra typer av bränslen. När bioetanol används som bränsle för förbränningsmotorer i bilar är avgaserna ofta renare än den omgivande luften, särskilt i stadsmiljöer.
Eftersom etanol Eftersom bränslet är biologiskt nedbrytbart är spill av bränsle inte en potentiell miljökatastrof, vilket är fallet med olja. Om etanol hamnar i vattnet kommer det att spädas ut till en låg, icke-toxisk koncentration.
Vad används bioetanolbränsle till?
Bioetanolbränsle används i många olika sammanhang och förväntas få fler användningsområden i takt med att tiden går och produktionsmetoderna förbättras. Om du varje år frågar vad bioetanolbränsle används till, kommer du att se att listan blir allt längre. De två mest framträdande användningsområdena för bioetanolbränsle är som tillsats eller alternativ till bensin och som bränsle för särskilda eldstäder.
Genom att tillsätta etanol till bensin ökar oktantalet, vilket gör den mer motståndskraftig mot detonation. Resultatet är att mer av bränslet brinner snarare än exploderar. Att höja oktantalet för bränsle är vanligtvis en mycket dyr process, men genom att tillsätta etanol till lågkvalitativt bränsle förbättras dess prestanda utan att kostnaden ökar nämnvärt. Många biltillverkare har också börjat stödja E85 i sina fordon, vilket är ett bränsle som tillverkas av 85% etanol och 15% petroleumprodukter.
Kaminer med bioetanol blir också allt vanligare och kan så småningom ersätta konventionella eldstäder helt och hållet. Eftersom bioetanol brinner så rent och inte ger upphov till några giftiga förbränningsprodukter behöver bioetanolkaminer ingen skorsten för att leda bort röken - det finns ingen rök att oroa sig för. Eftersom bioetanolkaminer inte kräver någon ytterligare infrastruktur kan de användas fristående i situationer där det skulle vara omöjligt att ha en konventionell eldstad. Om du undrar hur länge bioetanolbränsle räcker när det brinner kontinuerligt i en öppen spis är svaret 4-8 timmar. Bioetanolkaminer ger vanligtvis användaren möjlighet att kontrollera hur snabbt bränslet förbränns genom olika värmeinställningar. Ju mer den producerar, desto snabbare förbrukar den bränsle.
Vad betyder bioetanol för bränsleproduktionens framtid?
Bioetanol är inte det enda biobränsle som finns. Den är dock för närvarande den mest framträdande, och dess tidiga framgångar har varit en viktig drivkraft för forskning om andra relaterade tekniker. Två andra framträdande exempel på liknande koncept är biodiesel och vätebränsle. Genom att undersöka hur biodiesel, bioetanol och vätebränsle tillverkas kan vi börja förstå hur framtidens rena energiteknik kommer att se ut.
Biodiesel är ett annat lovande alternativt bränsle som kan framställas av oljor och fetter. Avfall av matolja, vegetabilisk olja och animaliska fetter kan alla omvandlas till biodiesel. Liksom bioetanol väcker biodiesel intresse som ett möjligt alternativ eller komplement till bensin. En stor fördel med biodiesel är att den kan framställas genom återvinning av ett stort antal lätt tillgängliga produkter. Den kan också användas i befintliga dieselmotorer utan att behöva modifieras.
Vätgasbränsle är en annan alternativ bränslekälla som är mycket mer miljövänlig än bensin. Även om väte är det vanligaste grundämnet i universum är det också det lättaste. Därför är fritt väte sällsynt på jorden eftersom det flyter iväg i rymden. Det mesta industriellt framställda vätgasen tillverkas genom ångreformering, vilket kräver fossila bränslen. Det pågår dock forskning för att producera vätgas från biomassa och elektrolys av vatten. Om dessa ansträngningar leder till en ren och effektiv vätgasproduktion kan vätgas bli en viktig bränslekälla.
När effekterna av den av människan orsakade klimatförändringen börjar visa sig och påverka varje hörn av planeten har forskning om alternativ energi aldrig varit viktigare än nu. Ingen enskild teknik kan lindra effekterna av klimatförändringarna, men genom att byta till koldioxidneutral teknik där det är möjligt kan vi börja minska vår påverkan på miljön.
Biobränslen som bioetanol ger oss en glimt av hur en framtid med ren energi skulle kunna se ut. Det finns gott om biomassa på vår planet och vi kan utnyttja den för att tillgodose våra energibehov utan de nackdelar som förknippas med förbränning av fossila bränslen. Under de kommande årtiondena kommer bioetanol och andra biobränslen säkerligen att spela en viktig roll för att hjälpa oss att minska vårt koldioxidavtryck som civilisation.