Биогориво

Биогориво – гориво добиено со обработка на биомаса. Нивната енергија се добива со фиксирање на јаглерод, т.е. со редукција на јаглеродот од воздухот во органски соединенија. За разлика од јаглеродот ослободен од фосилните горива кој ја менува климата на Земјата, јаглеродот во биогоривата доаѓа од атмосферата, од каде што растенијата го земаат во текот на растењето. Иако фосилните горива се добиени со фиксирање на јаглерод, тие не се сметаат за биогорива бидејќи содржат јаглерод кој не се менувал во природата подолго време. Биогоривата стануваат популарни поради зголемувањето на цените на нафтата, потребата за побезбедно снабдување со енергија и загриженоста за штетните емисии на стакленички гасови.

Во 2010 година, светското производство на биогорива достигнало 105 милијарди литри, што е зголемување за 17% во споредба со 2009 година. Во транспортот, тие учествуваат со 2,7%, со најголемо учество на биоетанолот и биодизелот. Светското производство на биоетанол достигнало 86 милијарди литри, а најголеми производители се САД и Бразил (учествуваат со 90% од светското производство). Најголеми производители на биодизел се земјите од Европската Унија со учество од 53% во светското производство. Според Меѓународната агенција за енергетика, до 2050 година, биогоривата би можеле да одговорат на една четвртина од потребите за гориво во светот за транспорт. На глобално ниво, биогоривата најчесто се користат за транспорт и во домовите.

Повеќето горива за возила се течни, бидејќи на возилата им е потребна голема густина на енергија, како што е онаа содржана во течностите и цврстите материи. Високата енергетска густина е најлесниот и најефикасниот начин да се добие е со мотор со внатрешно согорување, и за тоа е потребно чисто гориво. Горивата што полесно горат се течни и гасовити (може да се втечнуваат), практични се за носење и горењето е чисто (без цврсти производи).

Видови

Прва генерација на биогорива

Првата генерација на биогорива се биогорива составени од шеќер, скроб, растително масло и животински масти, користејќи конвенционални технологии. Основните суровини за производство на биогорива од првата генерација често се житарки и семе како пченица од која се добива скроб, а потоа со ферментација се претвора во биоетанол. Со употреба на семки од сончоглед се добива биодизел.

Биоалкохоли

Биолошки произведени алкохоли, најчесто етанол, поретко пропанол и бутанол, се добиваат со работа на микроорганизми и ензими - ферментација на шеќер или скроб (најлесно) или целулоза (потешка).

Биоетанолот е алтернатива на бензинот. Во САД, главно се добива од пченка каде мешавините со етанол сочинуваат околу 9% од вкупната годишна продажба на бензин. Се проценува дека американските возила поминале приближно 3 милијарди километри со мешавини на етанол од 1979 година. Повеќето автомобили денес можат да возат на мешавини со 15% биоетанол и остатокот бензин. Етанолот има помала енергетска густина од бензинот, т.е. потребна е поголема маса на биоетанол за да се произведе истата работа. Предноста на етанолот (CH3CH2OH) е поголемиот октански број што овозможува поголем однос на компресија на моторот за зголемена топлинска ефикасност. Во Бразил, кој е исто така водечка земја во светот во производство и примена на етанол за возила, биоетанолот се добива од шеќерна трска. Околу 15% од бразилските возила работат на чист етанол, додека останатите користат мешавина од 20% со бензин. Биоетанол може да се добие и од други житни култури како пченица и јачмен и од компир. Постојат голем број начини за производство на биоетанол, главниот е методот на „суво мелење“, кој се изведува во неколку фази:

Податоци за пумпа од Калифорнија

Пченка или некоја друга житарка се меле во прав
Мешавина составена од ова жито во прав, вода и ензим се става во високотемпературна печка каде што се претвора во течна состојба. Овој процес е потпомогнат од ензим кој ги топи житните споеви.
Течноста се лади и се меша со друг ензим. Овој ензим го претвора скробот во шеќер, кој подоцна ферментира и се претвора во алкохол.
Квасец се додава во мешавината на шеќер и започнува процесот на ферментација. Шеќерот се раствора во етанол и јаглерод диоксид.
По ферментацијата, етанолот се одделува од смесата
Дехидрираноста се отстранува од одделениот етанол вода
Мала количина бензин се додава на етанолот за да не може да се пие.

Во производството и употребата на биоетанол добиен од целулоза се емитува 0,22 кг/l CO2, а кај бензинот 2,45 кг/l, што е за 91% повеќе. Биоетанолот добиен од пченка емитира 1,94 кг/л СО2 (22% помалку од бензинот) и оној добиен од шеќерна трска 1,07% (56% помалку од бензинот). Малопродажната цена на етанолот од пченка во САД во 2007 година била поевтина од цената на бензинот. Сепак, цената на количината на енергија што одговара на еден литар бензин била повисока. Бразил се натпреварува со САД во производството на етанол благодарение на шеќерната трска, која дава од 5.700 до 7.600 литри по хектар, двојно повеќе од пченката. Стеблата содржат 20% шеќер кој ферментира во алкохол, а отпадот може да се користи како гориво за напојување на дестилеријата, намалувајќи ја употребата на фосилни горива. Повеќегодишните треви како што растат на почви несоодветни за други култури може да задоволат до 13% од светските потреби за нафта доколку се развие ефикасен процес за претворање на целулозата во алкохол. Енергијата на фосилните горива потрошени во производството на етанол од пченка и добиената енергија на произведениот етанол се во однос 1: 1,3. Енергијата на фосилни горива потрошени за производство на етанол од шеќерна трска и енергијата на добиениот етанол се во однос 1: 8, а за производство на етанол од целулоза енергијата на добиениот етанол од 1 до 2 или до 36, во зависност од методот на производство.

Суровини со висок удел на целулоза, како што се дрво и некои остатоци од земјоделство, може да се користат за производство на метанол. Технологијата е сосема поинаква од онаа за производство на етанол. Во првиот, суровината се претвора во гасен интермедијар од кој се синтетизира метанол. Фазата синтеза на метанол е добро позната и комерцијално докажана, додека фазата на гасификација е сè уште во развој. Вакво истражување се спроведува во земји со голем дрвен потенцијал како што се Шведска и Бразил. Во многу аспекти, етанолот и метанолот се многу слични на бензинот. За да додадете до 20% етанол на бензинот, не се потребни модификации или интервенции на моторот, додека за поголеми пропорции или за погон само со етанол, моторот треба делумно да се модифицира што ја зголемува цената на таквите возила за околу 5 до 10%. Слично на етанолот, метанолот може да се користи како додаток на бензин или како специјално гориво. Поради малку поинаков начин на согорување од бензинот, може да се појават одредени тешкотии кои се решаваат со додавање на одредени супстанции.

Бутанолот (C4H9OH) се добива со ферментација на АБЕ (ацетон, бутанол, етанол) и модификациите на експерименталните процеси покажуваат потенцијално високи приноси на енергија со бутанол како единствен течен производ. Бутанолот ќе обезбеди повеќе енергија и, наводно, може да гори директно во тековните бензински мотори (без измени во дизајнот), е помалку корозивен и помалку растворлив во вода отколку етанолот.

Биодизел

Во некои земји, биодизелот е поевтин од конвенционалниот дизел.

Биодизелот (метилестер од масло од репка) е моторно гориво добиено од масло од репка или рециклирано отпадно масло за јадење. Суровините на биодизелот се животински масти, растителни масла, соја, сенф, сончоглед, палмино масло, алги, итн. Биодизелот е најчестото биогориво во Европа. Биоразградлив е и не е опасен за околината. Додека од хектар пченка се добиваат околу 2.500 литри етанол годишно, од хектар соја се добиваат околу 560 литри биодизел, еден хектар алги во теорија може да даде повеќе од 45.000 литри биогорива годишно. Пченката или сојата имаат род еднаш годишно, а алгите можат да се собираат секој ден. Хемиското претворање на растително масло за производство на биодизел троши помалку енергија отколку да се дестилира пченката во етанол, но проблемот е процентот на искористеност и високата цена. Германија е водечки светски производител на гориво од синапи. Во некои земји во Европската Унија, одреден процент на биодизел е веќе присутен во горивата, а исто така и некои возила веќе можат да работат на 100% биодизел. Се добива преку процес на естерификација со реакција на растително масло со метанол и натриум хидроксид како катализатор, за да се формира естер на масна киселина заедно со други нуспроизводи: глицерол , талог на глицерид и сапун. Маслата се мешаат со натриум хидроксид и метанол и хемиската реакција произведува биодизел и глицерол. Еден дел глицерол се произведува на секои десет делови на биодизел. Чистиот биодизел (Б100) има далеку најмалку штетни емисии меѓу дизел-горивата. Б100 може да стане повискозен при пониски температури, а тоа зависи од суровината од која се добива. Во некои земји, производителите на автомобили дури обезбедуваат гаранција за употреба на биодизел во нивните мотори. Повеќето возила денес имаат мотори кои не мора да се редизајнираат за да користат биодизел. Бидејќи биодизелот е добар растворувач и ги чисти остатоците од минерални дизели, филтрите на моторот мора почесто да се менуваат бидејќи биодизелот ги раствора остатоците во резервоарот за гориво и цевките. Исто така ја чисти комората за согорување од остатоци од јаглерод и ја зголемува ефикасноста. Биодизелот има намалена количина јаглерод и зголемена количина на водород и кислород, што значи дека при согорувањето се произведуваат помалку неизгорени јаглеродни честички. Иако чистиот течен гас и водородот имаат почисто согорување, тие се користат во многу помалку ефикасни бензински мотори и не се лесно достапни. Биодизелот е безбеден за ракување и транспорт бидејќи е биоразградлив, 10 пати помалку токсичен од кујнската сол и гори на релативно висока температура (148 °C). Спаѓа во групата на масни киселини со средно долга, C16-C18 верига. Овие молекули покажуваат сличност со молекулите на минералниот дизел.

Во производството и употребата, биодизелот испушта 0,89 кг/л СО2, а во минералниот дизел 2,81 кг/л, што е за 68% повеќе. Малопродажната цена во Германија во јуни 2007 година бил поскап од стандардниот дизел. Енергијата на фосилните горива што се користат во производството на биодизел и енергијата обезбедена од произведениот биодизел се во сооднос 1: 2,5.

Растително масло

Растителното масло обично не се користи како гориво, но маслото со послаб квалитет може да се користи за оваа намена. За да се осигура дека инјекторот правилно го дисперзира горивото заради ефикасно согорување, растителното масло мора да се загрее за да се намали вискозността. Оваа постапка е полесна во климатски услови со потопла клима. Големите корпорации нудат мотори прилагодени за растително масло, без потреба од дополнителни измени. Растителното масло може да се користи и од постарите верзии на дизел-мотори, кои не го користат вообичаениот метод на вбризгување на гориво или вбризгување на гориво со употреба на електронски систем. Поради соодветниот дизајн на комората за согорување, што овозможува индиректно вбризгување на гориво, ваквите мотори се најпогодни за погон на растително масло. Овој систем овозможува релативно поголеми молекули на масло, со што повеќе време за согорување.

Филтриран отпад од растително масло.

Биогас

Биогасот е гасовито гориво добиено со анаеробно варење или ферментација на органска материја, вклучувајќи ѓубриво, канализациска тиња, комунален отпад или кој било друг биоразградлив отпад. Претежно се состои од метан и јаглерод диоксид. Цврстиот нуспроизвод може да се користи како биогориво или ѓубриво. Тоа може да биде важен извор на енергија во иднина.

Биогасот, односно мешавината од гасови во која во најголем дел е присутен метан, може да се добие од која било биомаса. Биомаса е секоја органска супстанца формирана од растенија и животни. Од сите обновливи извори на енергија, најголемиот придонес се очекува во блиска иднина од биомасата. Секоја година се создаваат околу 2.000 милијарди тони сува биомаса на Земјата. Од тоа околу 1,2% се користи за храна, 1% за хартија и 1% за гориво. Остатокот, околу 96%, скапува или ги зголемува обновливите извори. Обновливите извори на енергија како што се биогасот, биодизелот, биобензин, може да се произведат од биомаса, а сувата маса може да се мели на мали парчиња - пелети, кои можат да се изгорат во автоматски печки за производство топлина и електрична енергија.

Биогорива од втора генерација

Биогорива од втората генерација се биогорива добиени од одржливи суровини. Одржливоста на суровините се дефинира со достапноста на суровините, влијанието врз емисијата на стакленички гасови и влијанието врз биоразновидноста и употребата на обработливо земјиште. Многу сè уште се во развој, на пр. целулозен етанол, биохидроген, биометанол, итн. Во производството на целулозен етанол, се користат култури што не можат да се користат во исхраната, целулозата - дрвенестиот дел од растенијата. Има доволно вакви суровини и често има проблем со складирање на таков отпад (струготини, кора од цитрус). Како и да е, производството е техничко барање - во лабораторија има обид да се изврши природен процес на ензимско распаѓање на целулозата во едноставни шеќери што би ферментирале во биоетанол. Во 2009 година, научниците откриле нови габи чие дејство го катализира распаѓањето во шеќери на високи температури. Процесите на високи температури, како и микроорганизмите што можат да ги издржат овие температури, се предмет на тековно истражување. Неодамнешното откривање на габата „Gliocladium roseum“ овозможило производство на таканаречен „мико-дизел“ од целулоза. Овој организам поседува единствена способност да ја претвори целулозата во јаглехидрати со пократки должини што обично се наоѓаат во дизел-горива. Исто така, се работи на рекомбинирање на гените на таквите организми за да се зголеми можноста за природно производство на биогорива. Научниците од Нов Зеланд развиле технологија со употреба на јаглерод моноксид од челик за производство на суровина за ферментација на етанол. Во Минесота, развиен е систем на микробиолошки култури кои произведуваат јаглеводороди од вода, јаглерод диоксид и со помош на Сончева светлина.

Трета генерација на биогорива

Биогоривата од третата генерација се биогорива произведени од алги. Врз основа на лабораториски тестови, алгите можат да произведат до триесет пати повеќе енергија по хектар земја отколку житарките како сојата. Со повисоките цени на фосилни горива, постои голем интерес за одгледување алги. Една од најголемите предности на ова биогориво е тоа што е биоразградливо, така што е релативно безопасно за околината доколку се случи несреќа. Министерството за енергетика на Соединетите Држави проценува дека во иднина, горивото од алги ќе ги замени сите нафтени горива во Соединетите Држави.

Проблеми во производството и употребата

Постојат различни социјални, економски, еколошки и технички проблеми и проблеми во производството и употребата на биогорива. Некои од нив се: влијанието врз цените на нафтата и нафтените деривати, дебатата „храна vs. гориво“, потенцијал за намалување на сиромаштијата, емисии на СО2, одржлив развој во производството на биогориво, уништување на шумите и ерозија на почвата, намалување биоразновидноста, влијание врз изворите на вода за пиење и влијание врз енергетската ефикасност и рамнотежа. Меѓународниот панел за ресурси заклучил во извештајот за биогорива дека не сите биогорива се однесуваат исто и немаат исто влијание врз климата, безбедноста на снабдувањето со енергија и екосистемите и дека влијанијата врз општеството и животната средина треба да се следат во текот на целиот живот. Биогоривата прават многу за некои земјоделци, но малку за животната средина. Пченката, доколку се одгледува во монокултура, бара големи количини на хербициди и азотни ѓубрива и може да предизвика поголемо намалување на квалитетот на почвата отколку другите култури. Производството на етанол од пченка троши скоро онолку фосилни горива колку што заменува етанолот. Еколозите исто така стравуваат дека зголемувањето на цените на земјоделските култури може да ги охрабри земјоделците да започнат со експлоатација на земјиштето во моментов оставено за заштита и зачувување на дивиот свет, вклучително и она што се користи за производство на храна. Во јули 2007 година, Комисијата на ООН предупредила дека употребата на земјиштето и резервите на храна и вода не смеат да бидат загрозени од производството на биогориво. Биоразновидноста и разновидниот економски раст не смеат да бидат загрозени, што претставува посебна закана за неразвиените земји. Ако некој сака да осигури дека придобивките од биогоривата не се на штета на производството на храна, единствениот начин е да се оддели и да се обезбеди производство на храна. Иако пченката и шеќерната трска се традиционални извори на етанол, таа може да се произведе од растителни стебла, лисја или струготини - суровините што најчесто се фрлаат. Визионерите за биогориво претпочитаат повеќегодишни треви со длабоки корени кои врзуваат јаглерод во почвата, обезбедуваат живеалиште за дивиот свет, спречуваат ерозија на почвата и обезбедуваат изобилство на биогорива.

Интересни факти

Во 2007 година, шкотскиот возач Дарио Франшити станал првиот возач што победил на трката 500 милји Индијанаполис возејќи на чист етанол.
Првиот автомобил Хенри Форд користел алкохол, додека Рудолф Дизел го стартувал неговиот мотор со масло од кикирики.

Поврзано

Наводи

Надворешни врски

Биогориво на Ризницата ^?