Биоетанол
Биоетанол је етанол који се производи од биомасе и/или биоразградивог (целулозног) дела отпада, да би се користио као биогориво. Етанол се може користити у моторима с унутрашњим сагоревањем уз додавање бензину или као његова потпуна замена. За додавање до 20% етанола у бензин нису потребне никакве преправке ни захвати на мотору, док за додавање већег удела или за погон само на етанол треба делимично модификови мотор, што повисује цену таквих возила за око 5 до 10%. Возило с биоетанолом може достићи око 2/3 домета бензинског возила исте величине резервоара, што се надомјешта кориштењем етанола помешаног с бензином. Етанол који се користи у возилима као гориво је денатуриран, што значи да су му додата средства која ограничавају конзумацију (нпр. мала количина, 2-5%, бензина).[1]
Етанол се може производити од три основне врсте биомасе: шећера (од шећерне трске, меласе), скроба (од кукуруза) и целулозе (од дрва, пољопривредних остатака). Сировине богате шећерима врло су погодне за производњу етанола, будући да већ садрже једноставне шећере глукозу и фруктозу, који се могу ферментирати директно у етанол. Сировине богате скробом садрже велике молекуле угљине хидрате, које треба разложити на једноставне шећере процесом сахарификације. То захтева још једну фазу у процесу производње, што повећава трошкове. Угљени хидрати у сировинама богатим целулозом састављени су од још већих молекула и требају се претворити у шећере који се могу ферментисати киселом или ензиматском хидролизом. Најзначајније биљне врсте које се узгајају за производњу етанола су шећерна трска, слатки сирак, маниока и кукуруз.
Водећа земља у производњи и примени етанола за возила је Бразил, у којем се сваке године произведе више од 15 милијарди литара. Око 15% бразилских возила се креће на чисти етанол, а око 40% користе 20%-тну смешу с бензином (Е20). Етанол се почео производити како би се смањила бразилска зависност од стране нафте и отворило додатно тржиште домаћим произвођачима шећера. У САД етанолске смеше чине око 9% укупне годишње продаје бензина.[2]
Предности
уредиСа стајалишта заштите животне средине биоетанол као гориво има значајне предности над фосилним горивима. Штавише, многе од предности се остварују већ и заменом уобичајених адитива етанолом:
- у реформулисаном бензину биоетанол замењује адитиве који служе за повећање октанског броја као што су тетраетилолово, бензен или МТБЕ, који сви редом загађују или ваздух, или подземне воде, или оба.
- биоетанол сагорева чистије него бензин.
- етанол представља мању опасност од изазивања пожара него обични бензин.
- важна предност биоетанола над фосилним горивима је што смањује количину гасова стаклене баште. Производња и кориштење биоетанола могу се декларисати у склопу Кјото протокола као организирано смањивање генерирања угљеник диоксида, јер је сав ЦО2 који је настао сагоревањем етанола претходно био апсорбован из атмосфере фотосинтезом.
- биоетанол добијен из пољопривредних производа представља обновљиви извор енергије, који се за разлику од фосилних горива чије су залихе коначне неће никада исцрпити. То посебно долази до изражаја у смислу нагло растућих цена нафте.[3]
Производња биоетанола
уредиОсновне фазе у процесу производње етанола су:
- припрема сировине,
- ферментација,
- дестилација етанола
Припрема сировине је заправо хидролиза молекула скроба ензимима до шећера, који се може ферментисати. Уобичајена технологија за производњу етанола је ферментација у реактору с обичним квасцем за производњу 8 до 10%-тног алкохола након 24 до 72 сати ферментације. Томе следи дестилација тог алкохола у неколико фаза чиме се добија 95%-тни етанол. За производњу посве чистог биоетанола, какав се користи за мешање с бензином, додаје се бензен и наставља се дестилација те се добија 99,8%-тни етанол. Уколико су Житарице сировина, скроб се ензимским путем претвара у моносахаридни шећер. У току овог процеса ствара се нузпроизвод који се може употријебити као сточна храна обогаћена беланчевинама, са садржајем беланчевина од 30%.
Принос етанола из разних сировина:
| Сировина | Принос етанола (л/ха) | Принос сировине (т/ха) | Принос алкохола (л/ха) годишње | Енергија (ГЈ/ха) годишње |
|---|---|---|---|---|
| Шећерна трска | 70 | 50 | 3500 | 1350 |
| Слатки сирак | 86 | 35 | 3010 | 945 |
| Кукуруз | 370 | 6 | 2200 | 162 |
| Дрво | 160 | 20 | 3200 | 540 |
Из табеле је видљиво да је највећи принос по хектару код шећерне трске.
Технолошки процес за производњу етанола из кукуруза
уредиЗа производњу етанола из кукуруза у правилу се користи тзв. Дрy милл процес. Тако се назива зато што се суви кукуруз уноси у “млин чекичар” у којем се меље у прекруп, односно грубо кукурузно брашно. Тако добијеном кукурузном брашну се додаје вода, како би се од брашна створила суспензија. Повисује се температура како би се смањила количина бактерија и отопио скроб. То је слично кувању паленте. Затим се додају ензими који разграђују скроб у дуголанчане шећере, као што је декстроза и на крају до глукозе.[4]
Комина се затим хлади и пребацује у велике ферменторе, где се додају квасци, да би започео процес ферментације којим се конвертују шећери до алкохола. За контролу пХ и као нутријент за квасце додаје се амонијак. Овај процес траје око 45 сати при чему се крајњи ступањ одвија у тзв. пивском бунару. Комина се меша и одржава хладном, како би квасци боље деловали. Угљеник диоксид или ЦО2 је нузпроизвод ферментације. У ЦО2-скраберу се противструјно одваја вода и заробљава алкохол који би био евентуално понесен са ЦО2 и тако добијена разређени алкохолни раствор се онда рециркулише у ферментор. Сам ЦО2 се цевоводом шаље даље на компримирање и у продају као суви лед, додатак газираним пићима, или се користи у производњи нафте.
Вода и потрошени чврсти материјал се одвајају од раствора алкохола. Алкохол се флешира и заграва на 77 °Ц. Прва или пивска колона је она у којој се хвата пара алкохола на врху колоне, док се чврста материја испумпава са дна у спремника.
Друга, или ректификацијска колона одваја високо концентрисани алкохол од воде, при чему се високо концентрисани алкохол опет одводи као гасовити производ на врху колоне, док се разређени алкохол испумпава са дна и шаље даље у побочни одвајач. Преостала вода се рециркулише и користи изнова у процесу кувања кукурузног брашна. У стриперу се одваја разређени алкохол од вишка воде. I овдје се вишак топле воде са дна колоне пумпа и враћа назад на кухање чиме се рекуперира или обнавља топлотна енергија.
Овај процес производи азеотропну смешу са 96% алкохола и воде. Преостала вода се уклања помоћу тзв. молекулских сита. Молекулска сита су зеолити који допуштају води да се адсорбира на зрнима, док молекули алкохола, који су већи, пролазе и на тај начин се одваја 100%-тни алкохол у спремник готовог продукта. Одатле се алкохол испоручује у рафинерију на мешање с бензинима.
Чврсти остатак се даље центрифугира и упарава на који начин се добија сточна храна. Након центрифугирања прво се упаравањем добије суспензија са 30% чврстих материја, звана сируп. Даљим сушењем добија се сточна храна звана ДДГС18. Овај материјал је идеалан за прехрану говеда на великим фармама. На производњу етанола из кукуруза надовезује се и напреднији приступ тзв. биорафинерије, код којег се из биомасе производи мноштво другхих продуката.
Примена
уредиБиоетанол се користи у смеши са бензином, у различитим концентрацијама. У Бразилу се чак користи у неразређеном стању (Е100). У Немачкој, Еуропски стандард ДИН ЕН 228, омогућује употребу мешавине горива са садржајем биоетанола до 5% (Е5). У моторима возила која су прилагођена и флексибилна за различита горива или ФФВ (енгл. флеxибле фуел вехицлес) могу се користити горива која садрже и до 85% биоетанола (Е85). Друга могућност је употреба биоетанола за производњу етил-терц-бутилетра (ЕТБЕ), који садржи 74% биоетанола. ЕТБЕ се може користити као замена за метил-терц-бутилетар (МТБЕ), који се добија искључиво из необновљивих извора, и као адитив за смањење удара (лупања) у мотору. Од 2004. убрзана је и производња биоетанола као горива. У току 2007. у свету је произведено око 40 милиона м³ биоетанола. Бразил је водећи светски произвођач биоетанола из шећерне трске.
Бензин у којем је до 5% биоетанола, означаваће се ознаком Е5, а са уделом од 5 до 10% носиће ознаку Е10. Дизелно гориво у којем удео биодизела досеже до 7% носиће ознаку Б7. У складу с еуропским прописима, на местима на којима се продаје гориво с металним адитивима мораће стајати налепница с текстом „Садржи металне адитиве“. У складу с еуропским правилима прописане су и процедуре провере квалитета горива које дистрибутери стављају у промет.
Референце
уреди- ^ [1] Архивирано на сајту Wayback Machine (22. новембар 2010) "Обновљиви извори енергије - Енергија биомасе", Доц.др.сц. Дамир Шљвац, www.тфб.еду.мк, 2008.
- ^ [2] Архивирано на сајту Wayback Machine (27. фебруар 2012) "Зелена енергија", Бруно Мотик, екосела.орг, 2005.
- ^ [3] Архивирано на сајту Wayback Machine (28. јануар 2012) "Eco biogorivo", www.hrastovic-inzenjering.hr, 2011.
- ^ [4][мртва веза] "Etanol iz kukuruza, obnovljivo biogorivo domaće proizvodnje", Marko Melčić1, dipl. inž., Ethanol Vukovar d.o.o..hr, www.cursor.hr, 2005.