Obnovljivi izvori energije

Alkoholna goriva

Etanol se može proizvoditi od tri osnovne vrste biomase:

  • šećera (od šećerne trske, melase)
  • škroba (od kukuruza)
  • celuloze (od drva, poljoprivrednih ostataka).

Sirovine bogate šećerima vrlo su pogodne za proizvodnju etanola, budući da već sadržavaju jednostavne šećere glukozu i fruktozu koji mogu fermentirati izravno u etanol. Sirovine bogate škrobom sadržavaju velike molekule ugljikovodika koje treba razložiti na jednostavne šećere procesom saharifikacije. To zahtijeva još jednu fazu u procesu proizvodnje što povećava troškove. Ugljikovodici u sirovinama bogatim celulozom sastavljeni su od još većih molekula i trebaju se konvertirati u šećere koji mogu fermentirati kiselom ili enzimatskom hidrolizom. Najznačajnije biljne vrste koje se uzgajaju za proizvodnju etanola su šećerna trska, slatki sirak, cassava i kukuruz.

Osnovne faze u procesu proizvodnje etanola su:

  • priprema sirovine
  • fermentacija
  • destilacija etanola.

Priprema sirovine je zapravo hidroliza molekula škroba enzimima u šećer koji može fermentirati. Uobičajena tehnologija za proizvodnju etanola je fermentacija u peći s običnim kvascem za proizvodnju 8 do 10%-tnog alkohola nakon 24 do 72 h fermentacije. Nakon toga slijedi destilacija tog alkohola u nekoliko faza čime se dobiva 95%-tni etanol. Za proizvodnju posve čistog etanola, kakav se koristi za miješanje s benzinom, dodaje se benzen i nastavlja destilacija te se dobiva 99,8%-tni etanol.

Vodeća zemlja u proizvodnji i primjeni etanola za vozila je Brazil, u kojem se svake godine proizvede više od 15 milijardi l. Oko 15% brazilskih vozila se kreće na čisti etanol, dok preostala koriste 20%-tnu smjesu s benzinom. Etanol se počeo proizvoditi kako bi se smanjila brazilska ovisnost o inozemnoj nafti i otvorilo dodatno tržište domaćim proizvođačima šećera. U SAD-u etanolske smejse čine oko 9% ukupne godišnje prodaje benzina i pretpostavlja se kako su američka vozila od 1979. godine do danas prešla približno 3 trilijuna km koristeći etanolske smjese.

Prinos etanola iz raznih sirovina

sirovina

prinos etanola, l/t

prinos sirovine, t/ha

prinos alkohola,

l/ha godišnje

energija, GJ/ha godišnje

šećerna trska

70

50,0

3500

1350

slatki sirak

86

35,0

3010

945

kukuruz

370

6,0

2200

162

drvo

160

20,0

3200

540

Za proizvodnju metanola mogu se koristiti sirovine s visokim udjelom celuloze kao što je drvo i neki ostaci iz poljoprivrede. Tehnologija je posve različita od one za proizvodnju etanola. Proizvodnja se odvija u dvije faze. U prvoj se sirovina konvertira u plinoviti međuproizvod iz kojeg se sintetizira metanol. Faza sinteze metanola je dobro poznata i komercijalno dokazana, dok je faza rasplinjavanja još u razvoju. Takva istraživanja se provode u zemljama s velikim drvnim potencijalom kao što su Švedska i Brazil, a primjena takvih postrojenja se očekuje uskoro.

Po mnogim su svojstvima etanol i metanol vrlo slični benzinu. Etanol se može koristiti u motorima s unutarnjim izgaranjem uz dodavanje benzinu ili kao njegova potpuna zamjena. Za dodavanje do 20% etanola u benzin nisu potrebne nikakve preinake ni zahvati na motoru, dok za dodavanje većeg udjela ili za pogon samo na etanol treba djelomično modificirati motor što poskupljuje cijenu takvih vozila za oko 5 do 10%. Slično kao etanol, metanol se može koristiti kao dodatak benzinu ili kao posebno gorivo. Zbog ponešto drukčijeg načina izgaranja nego benzin mogu se pojaviti određene poteškoće koje se rješavaju dodavanjem određenih dodataka.

Usporedba svojstava alkoholnih goriva i benzina

svojstvo

etanol

metanol

benzin

gustoća, kg/m 3

789

793

720 - 750

ogrjevna vrijednost, MJ/kg

21,3 - 29,7

15,6 - 22,3

32,0 - 46,47

stehiometrijski omjer zraka i goriva, kg/kg

9,0

6,5

14,6

temperatura vrenja kod 1 bar, °C

7,5

65

30,23

stupanj viskoznosti

-

0,58

0,6

oktanski broj

106

112

91 - 100

Želim znati više: