Kaj je bioplin, kako ga izkoriščamo, kaj je biodizel, bioetanol, vse to in še več si lahko preberete v obsežnem seminarju, ki ga je poslal naš obiskovalec...

Seminar [ fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo]

BIOPLIN

Bioplin je plin, ki nastaja z vrenjem ali gnitjem organskih snovi oziroma odpadkov brez prisotnosti kisika oziroma zraka, v enostavnejše sestavine pod vplivom fermentov, kvasov. Vsebuje največ metana (50 - 70%), ogljikovega dioksida (30 - 40%), poleg tega pa še žveplovodik, amoniak in dušik.

Pridobivanje bioplina predstavlja eno izmed možnosti za učinkovito obdelavo organskih odpadkov. Bioplin lahko pridobimo skoraj iz vseh organskih materialov, ki vsebujejo zadosten delež ogljika: fekalij domačih živali, poljedelskih odpadkov, gospodinjskih odpadkov, odpadkov živilske industrije, klavniških odpadkov ter ostankov košnje in obrezovanja rastlin. vse organske biološke snovi, katerih sestava se spremeni z delovanjem mikroorganizmov.

BIOPLIN - OKOLJU PRIJAZNO GORIVO

Poleg plina, pa bioplin velja že dolga desetletja za okolju prijazno pridobivanje koristne energije lahko dovajamo bodisi v plinovode bodisi na kraju porabimo kot pogonsko gorivo v posebej prirejene motorje z notranjim izgorevanjem. Pri proizvodnji bioplina dobimo tudi kvalitetno in okolju prijazno gnojilo, ki vsebuje manj žvepla, ima manj neprijeten vonj, je manj »agresiven« do rastlin in vsebuje manj klic kot običajni gnoj in gnojevka, zato ima gnojenje z njim za posledico tudi manjšo uporabo kemijskih zaščitnih sredstev. Za razliko od fosilnih goriv je izgorevanje bioplina CO₂ nevtralno, tako da ne prispeva k povečanju emisij toplogrednih plinov v atmosferi. V bioplinu je največ metana (do 75%), ki ima mnogo večji toplogredni učinek kot ogljikov dioksid. Pri izgorevanju metan razpade v ogljikov dioksid in vodno paro, tako da se toplogredni učinek v primerjavi z neposrednimi emisijami metana v atmosfero zmanjša do 15x.

IZKORIŠČANJE BIOPLIONA NEKOČ IN DANES

Na svetu je danes več kot 5 milijonov naprav za pridobivanje bioplina. Večina teh je zelo preprostih in predvsem v Indiji in na Kitajskem služijo pridobivanju plina v za kuhanje in razsvetljavo. V EU je proizvodnja bioplina najbolj razvita na Danskem, v Nemčiji in v Švici. Večinoma gre za sodobne naprave, ki predvsem služijo za soproizvodnjo električne in toplotne energije. Poleg gnojevke vse bolj uporabljajo tudi odpadke iz kmetijstva, gostinstva in živilsko predelovalne industrije. Klavniške in nekatere živilske odpadke pa je potrebno predhodno higienizirati v posebnih komorah z visoko temperaturo in pod visokim pritiskom, da se tako uničijo bakterije in klice, ki bi sicer lahko zašle v prehrambeno verigo. Nekaterih živalskih odpadkov, kot npr. možgani in hrbtenjače govedi, pa zaradi preprečevanja širjenja nevarnih bolezni ni dovoljeno uporabljati kot »surovine« za proizvodnjo bioplina.

ENERGETSKA IZRABA BIOPLINA V SLOVENIJI

Prva sodobna naprava za proizvodnjo bioplina v Sloveniji je začela obratovati leta 1995 na največji slovenski prašičji farmi v Ihanu. Od leta 2002 izrabljajo pridobljeni bioplin za proizvodnjo toplote in pogon naprav čistilne naprave tudi na prašičji farmi Nemščak v Ižakovcih.

Jeseni 2003 je na kmetiji Antona Flereta v Letušu začela obratovati tudi prva bioplinska naprava, ki električno energijo oddaja v javno omrežje. Za tako pridobljeno električno energijo država zagotavlja celoten odkup po zagotovljeni odkupni ceni (0,12 €/kWh), ki je veliko višja od tržne.

Tehnološki proces:

V procesu fermentacije bakterije od anaerobnimi pogoji v večih fazah razgradijo organski material do končnih produktov, izmed katerih največji delež predstavljata CO2 in CH4.

Pri procesu fermentacije gre za štiri različne procese, ki si sledijo v zaporedju dokler ne nastaneta CH4 in CO2. Procesi potekajo pod vplivom več vrst anaerobnih bakterij, ki so odgovorne za:

• hidrolizo kompleksnih vezi v organskih molekulah (ogljikovi hidrati, maščobe, beljakovine, sladkor, aminokisline),
• fermentacijo (enostavne organske kisline, alkoholi),
• transformacijo v razvejane molekule s številnimi metilnimi skupinami (ocetna kislina, vodik, mravljična kislina, bikarbonat) in
• sintezo bioplina.

Odpadno blato, ki nastane po končani fermentaciji vsebuje mikrobiološko neprebavljive snovi, ki vsebujejo minerale in mikrobiološko biomaso.

Energije, ki se sprosti pri sežigu ogljikovih hidratov je teoretično enaka tisti, ki nastane ob sežigu bioplina. Dobljena energije je enaka tisti, ki se porabi pri fotosintezi.

Prednost bioplina je predvsem v tem, da ga lahko z relativno enostavnim procesom spremenimo v električno energijo. Bioplin zgori v plinskem motorju, kateri žene električni generator. Poleg tega se pri izgorevanju sprošča večja količina toplote, ki jo lahko porabimo za ogrevanje industrijskih procesov ali stanovanjskih zgradb.

Izhodne surovine

Načeloma se lahko uporabi vsaka organska substanca. Tako se lahko uporabljajo ogljikovi hidrati, maščobe, beljakovine, celuloza..., razen lignina, ki se preveč počasi mikrobiološko razkraja in je zato njegova uporaba nesmiselna.

Na splošno so najbolj primerne za uporabo naslednje izhodne organske substance:

• tekoči in trdni živalski iztrebki iz intenzivne kmetijske proizvodnje,
• ostanki poljedelskih pridelkov,
• odpadni material iz živilske industrije in
• organski kuhinjski odpadki.

Optimalni pogoji

Količina proizvedenega bioplina je odvisna predvsem od vstopnih organskih snovi, ki vstopajo v proces, pH-ja, temperature in zadrževalnega časa v digestorjih.

TERMOFILNI

Pri tipični "industrijski" bioplinski napravi vstopajo v proces organski odpadki iz gospodinjstev ali industrije, katere je potrebno predhodno sterilizirati. Izstopni material, ki prihaja iz bioplinske naprave, se lahko uporabi kot gnojilo ali pa se ga spusti na čistilno napravo, kjer se dokončno očisti.

Bioplinska naprava ECOS BP 500 T

Termofilna bioplinska naprava moči 500kW proizvede letno 4.150MWh električne energije in 2.696 MWh toplotne energije moči 628 MW ali več. V enem letu kogeneracijsko postrojenje moči 500KW porabi 1.206.080 m2 metana, ki nastane pri fermentaciji iz 8.000 ton organskih kuhinjskih odpadkov in 2.500 ton odpadnih maščob.

Količine substrata in izplen plina

MEZOFILNI

Pri tipični "zeleni" bioplinski napravi vstopajo v proces živalski odpadki in zelene rastline, iz procesa pa izstopajo bioplin, iz katerega nastane elektrika in toplota ter organski ostanek procesa fermentacije, ki je zelo dobro gnojilo.

Bioplinska naprava ECOS BP 1000 M

Bioplinska naprava moči 1 MW proizvede letno 8.275 MWh električne energije in 4.509 MWh toplotne energije moči 1.050 MW ali več.

V enem letu kogeneracijsko postrojenje moči 1 MW porabi 2.178.000 m3 metana,ki nastane pri fermentaciji iz 22.000 ton silaže in 5.475 ton svinjske gnojnice.

Količine substrata in izplen plina

Biodizel

Biodizel je metilni ester maščobnih kislin, ki nastaja pri estrifikaciji trigliceridov rastlinskih olj z metanolom. Zaradi zelo podobnih lastnosti, se lahko uporablja kot nadomestilo ali v zmesi s klasičnim dizelskim gorivom.

Evropska unija ima velike obrate, kjer lahko proizvedejo do milijon ton biodizla, katerega prebivalci evropskih držav že lahko uporabljajo v posebej prirejenih avtomobilih. Sedaj smo v Lendavi končno dobili prvo tovarno biodizla v Sloveniji. Biodizel pa pri nas mešajo običajnemu dizelskemu gorivu.

Idejo o uporabi rastlinskega olja kot gorivo za dizelske agregate, je prvič poskušal realizirati nemški inženir Rudolf Dizel, daljnega leta 1895. Pet let kasneje je na svetovni razstavi v Parizu predstavil dizelski agregat, ki je za pogon uporabljal kikirikijevo olje, a je njegova zamisel propadla zaradi prodora dizelskega olja, (ki pa je še danes cenovno nekoliko ugodnejše dizelsko gorivo). V začetku 70-ih let, v času prve velike naftne krize, so znanstveniki odkrili, da lahko s preprosto kemijsko reakcijo spremenijo rastlinskemu olju viskoznost, ki je bila eden ključnih faktorjev. Dobljeni produkt so, na osnovi podobnih lastnosti z dizelskim gorivom iz nafte, poimenovali »biodizel«.

Biodizel je gorivo iz obnovljivih virov, kot so rastlinska olja in živalske maščobe, ki tako rekoč »zraste« v nekaj mesecih, znova in znova. Pretvarjanje sončne energije v kemijsko, v obliki ogljikovodikov v rastlinah je neskončen cikel, ki nam vse dokler bomo skrbeli za okolje, torej ne bi smelo zmanjkati obnovljivih virov.

Biodizel je mogoče pridobivati iz surovega ali že uporabljenega rastlinskega olja ali živalskih maščob. Najvažnejša surovina za pridobivanje biodizla v evropskih državah je oljna repica z 82,82 %, sledi sončnica z 12,50 % in ostale surovine, medtem ko se v ZDA in drugje po svetu kot glavna surovina uporablja soja. Tako bo v nadalje govora o biodizlu iz oljne repice (RME - Rapseed oil Methyl Ester), ki v srednjeevropskem prostoru zelo dobro uspeva in daje ugodne rezultate pri raziskavah in uporabi pridobljenega goriva. Kemijsko je biodizel zmes metilnih estrov maščobnih kislin, ki nastaja pri reakciji trans-estrifikacije. Olje, ki je kemijsko trigliceril ester, v prisotnosti baze, z metanolom preestrimo v metil estre. Tako dobimo z relativno enostavno reakcijo, pri ugodnih pogojih (tlak 1 bar in temperatura 20°C), velike izkoristke (tudi do 96 %), kateri pa so dodatni motiv za postavljanje tovrstnih proizvodnih procesov.

Biodizel pripada skupini ogljikovodikovih derivatov srednje dolgih verig (C16 - C18) maščobnih kislin, ki kažejo strukturne podobnosti z molekulami dizelskega goriva. Gorivo vsebuje do 14 različnih molekul maščobnih kislin, od katerih so odvisne nekatere fizikalno - kemijske lastnosti. Tako visok delež nasičenih struktur (C14:0, C16:0, C18:0) zviša točko zmrzišča, ketansko število, reducira NO_x in povečuje stabilnost goriva. Prisotnost bolj razvejanih struktur (C18:2, C18:3) pa zniža točko zmrzišča, ketansko število, zmanjša stabilnost goriva in povečuje NO_x.  Poleg ogljika (77 ut.%) in vodika (12 ut.%) je kemijsko vezan tudi kisik (11 ut.%), ki se pri izgorevanju sprošča v obliki prostega kisika in zmanjša emisijo CO, saj in drugih ogljikovodikov, ki nastajajo pri nepopolnem izgorevanju. Prav tako ne vsebuje zdravju škodljivih aromatskih in drugih ogljikovodikov, ki so prisotni v dizelskem gorivu.

Današnji dizelski agregati zahtevajo čisto goreče in obstojno gorivo v najrazličnejših okoliščinah delovanja. Biodizel je ta čas edino alternativno gorivo, ki se lahko uporablja neposredno, to je brez predelave dizelskega agregata. Strukturna podobnost biodizelskega goriva ponuja njegovo uporabnost v dizelskih agregatih. Primerjave in raziskave, izvedene v dizelskih agregatih, so pokazale, da biodizel uspešno nadomesti dizelsko gorivo.

Biodizel vsebuje približno 37.000 kJ/kg energije, kar pomeni v primerjavi s fosilnim dizelskim gorivom, ki vsebuje 42.000 kJ/kg energije, približno 12% manjši energijski izkupiček. Manjša kalorična vrednost sicer pomeni zmanjšanje motornega navora in moči ter povečanje porabe za okrog 5 %. Po drugi strani pa raba biodizelskega goriva podaljša življenjsko dobo dizelskih agregatov, saj je za 65 % bolj mazalno od dizelskega goriva. Zgorevanje biodizelskega goriva v dizelskem agregatu povzroča 80 % manjše emisije ogljikovega dioksida in do 100 % manj žveplovega dioksida. Poleg tega biodizel proizvede veliko prostega kisika in do 20 - krat manj ogljikovega monoksida kot dizelsko gorivo. Samo zgorevanje biodizla zagotavlja za 90 % manjšo količino nezgorelih ogljikovodikov in za 7590 % zmanjšanje aromatičnih ogljikovodikov in ogljikovega monoksida v primerjavi s fosilno nafto. Njihova emisijska vrednost omogoča idealno uporabo v pomorstvu, nacionalnih parkih, jezerih in gozdovih ter v onesnaženih mestih, ker se izpuh biološko razgradi v pičlih dvanajstih dneh (99,6 %).

Biodizel se torej lahko uporablja samostojno, kot čisto gorivo, ali pa v zmeseh z dizlom. Za te zmesi se uporabljajo posebne oznake BXX, ki pomenijo % biodizla v zmesi dizelskega goriva, katerega razliko pa predstavlja dizel (1-XX). Te zmesi oz. mešanice dizelskega goriva se veliko uporabljajo, saj je zmanjšan negativni vplivi dizla na okolje, poleg tega pa je tudi ekonomsko sprejemljivejši od samega biodizla.

V zadnjem času, ko se svet sooča z vse več odpadnimi snovmi, med katere sodijo tudi odpadna olja in maščobe, se je uveljavila ideja o predelovanju odpadnih maščob v biodizelsko gorivo in s tem temeljitejši izkoristek rastlinskih olj in živalskih maščob, ki imajo veliko energijsko zalogo. V ZDA se biodizel v glavnem proizvaja iz sojinega olja in odpadnih maščob, ki so odpadni produkt velikih hitro prehrambenih industrij (preko 40 ton uporabljenega olja za praženje na mesec). Tako je družba Pacific Biodizel Ind. uvedla ekonomično ugodnejšo obliko proizvodnje biodizla iz recikliranega odpadnega olja. Tako pridobljen biodizel uporabljajo v večjih mestnih središčih za šolski in javni mestni prevoz.

Zavedanje,da je biodizel energent, ki ga lahko pridobivamo iz rastlin in ponuja regijsko neodvisnost od držav izvoznic nafte, so dokaj hitro osvojile nekatere evropske države in razvile visoko tehnološko dodelane obrate, ki jim omogočajo kvalitetno proizvodnjo biodizla.

Avstrija je bila prva evropska država, ki je postavila zahteve o sestavi in kvaliteti biodizelskega goriva s standardom ÖNORM C 1190, 1991, kateri je bil kasneje osnova mednarodnega standarda za biodizel. Produkcijo pa je razvijala tako v večjih, kot tudi v manjših obratih, v lasti manjših proizvajalcev za lastne potrebe. Z ustrezno državno regulativo so uspešno uvedli uporabo biodizla v javnem mestnem prometu in komunalnih podjetjih (Gradec) ter ponudbo biodizla na številnih bencinskih servisih, kjer je na razpolago širšemu krogu uporabnikov.

Tudi Italija razpolaga z dokaj veliko predelovalno industrijo biodizla. Eden najsodobnejših obratov je Novaol-ov proizvodnji obrat v Livornu, ki obvladuje certifikat ISO 9002, je v celoti avtomatsko voden, vključno z vsemi kvalitativnimi analizami vhodnih in izhodnih surovin.

Ena vodilnih evropskih držav proizvajalk je Nemčija, ki je v letu 2002 proizvedla okrog 700000 ton biodizla. Prav tako se lahko pohvali z zelo visokim številom bencinskih servisov, ki ponujajo biodizelsko gorivo. K tako visoki produktivnosti pa je pripomogla tudi avtomobilska industrija z proizvajanjem ustreznih agregatov, ki uporabljajo 100 % biodizelsko gorivo (Volkswagen grupe; Volksvagen AG, Audi, Seat in druge).

V Nemčiji imajo posebne organizacije, ki skrbijo za zagotavljanje kvalitetnega goriva, razvijanje najnovejših procesov proizvodnje in razvijanje trga biodizelskega goriva (UFOP - Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen in AGQM - Arbeitsgemeinschaft Qualitätsmanagement Biodiesel). Ob zavedanju, da je biodizel dizelsko gorivo prihodnosti, imajo urejeno kmetijsko in okolje-varstveno politiko, ki stimulira kmetovalce, kot potencialne uporabnike, k večji produktivnosti oljne repice.

Biodizel v svetu že ima svoje strateško mesto med alternativnimi viri goriv, tako v proizvodnji kot tudi na prodajnih mestih bencinskih servisov. Tudi pri nas je bilo izvedenih že kar nekaj raziskav, na vseh področjih, ki zadevajo proizvodnjo biodizla (proizvodni procesi), vendar pa do realizacije in odprtja tovrstne proizvodnje še ni prišlo.

V edini slovenski rafineriji Nafta Lendava so že pred časom razmišljali o proizvodnji biodizla. Uspelo jim je izdelati investicijski načrt, ki opravičuje investicijo, ter pričeti postopek na nekaterih ministrstvih za zakonsko ureditev proizvodnje biodizla, predvsem ukinitev trošarine. V okviru načrta so izvedli tudi nekaj raziskav. Odziv v slovenskem prostoru je bil nad pričakovanji. Velik interes se je pokazal tako na surovinski bazi (oljna ogrščica - kmetje, odpadno rastlinsko olje - komunalna podjetja, odpadne maščobe - klavnice), kakor tudi na potrošniški bazi (večja podjetja za javni prevoz, avtoprevozniki, tudi posamezniki). Z lastninskim preoblikovanjem Nafte Lendave je izgradnjo tovarne biodizla prevzel Petrol, in sedaj lahko na bencinskih črpalkah točimo že dizelsko gorivo ki vsebuje do 5% biodizla. Mariborska občina je prva v Sloveniji, ki izvaja projekt zbiranja odpadnega jedilnega olja, za pridobivanje ekološko neoporečnega goriva - biodizla. Komunalno podjetje Snaga je v septembru 2002 pričelo z zbiranjem odpadnih jedilnih olj in maščob, ki jih odvaža v Avstrijo, tam pa jih specialno podjetje predeluje v biodizelsko gorivo, ki bo poganjalo vozila mariborske komunale, morda celo mestne avtobuse.

Slovenija še vedno zaostaja za evropskimi državami glede izrabe obnovljivih virov in bo morala, ob prevzemu evropske zakonodaje, upoštevati t.i. belo knjigo, ki predpisuje uporabo določenega odstotka energije iz obnovljivih virov. Še vedno pa ostajajo odprta vprašanja, kdo bo pri nas prvi zagrabil priložnost in kdaj bo tudi pri nas naprodaj »zeleno« dizelsko gorivo kot samostojno gorivo?

Proces proizvodnje biodizla:

Sam proces ni kompleksen in poteka z visokimi izkoristki, zato si nekateri, posebej v ZDA, postavijo svoj lasten proces za proizvodnjo biodizla, ki pa seveda ne deluje na tako velikih skalah kakor gigantske proizvodnje biodizla v svetu, kot na primer zgoraj omenjena tovarna Novaol v Livornu.

Bioetanol

Kaj je bioetanol?

Bioetanol je ena pomembnejših nadomestkov za bencin v vozilih. Pretežno ga pridobivajo z fermentacijo sladkorjev, čeprav ga je mogoče tudi kemijsko pripraviti z adicijo vode na eten.

Glavni vir sladkorjev, za proizvodno etanola pride iz temu namenjenih polj, kjer gojijo določene vrste rastlin samo za proizvodnjo etanola.  Viri za pridobivanje etanola so: pšenica, koruza, odpadna slama, vrba, žagovina, trsje, trava, jeruzalemska artičoke...

Zadnje čase pa se veliko raziskav posveča pridobivanju alkohola iz trdnih gospodinjskih odpadkov.

Etanol ali etilni alkohol (C₂H₅OH) je bistra, brezbarvna tekočina, ki je biorazgradljiva in le šibko toksična, zato v primeru razlitja povzročimo le manjše onesnaženje narave. Etanol zgori na kisiku v ogljikov dioksid in vodo. Etanol ima visoko oktansko število in lahko nadomesti svinčev tetraetil, ki so ga nekoč dodajali za povišanje oktanskega števila bencina.Sedaj je ekološko sporen svinec nadomeščen z aromatskimi ogljikovodiki, kot so benzen in toluen, ki pa so tudi strupeni in rakotvorni. Z mešanjem etanola z bencinom dovedemo v gorivo več kisika, kar izboljša izgorevanje in s tem zmanjša emisije CO, in prostih ogljikovodikov. Mešanice etanola in bencina je na prodaj v ZDA, prihaja pa tudi v Evropo. Najpogostejša mešanica je sestavljena iz 10% etanola in 90% bencina. Taka mešanica ima komercialno ime E10. Vozila ni potrebno prirejati za to mešanico goriva. Prav tako velja tudi garancija, če namesto na bencin vozimo na E10. Posebej prirejeni avtomobili pa lahko vozijo tudi na mešanico do 85% etanola (E85).

Kakšne so prednosti bioetanola?

Bioetanol ima veliko prednosti pred običajnimi fosilnimi gorivi. Pridobivamo ga iz obnovljivih virov. Pridobivamo ga iz rastlinskih vrst, ki uspevajo na določenem področju, in lahko tudi več let na isti njivi ob primernem gnojenju. Ker promet v svetovnem merilu prispeva kar 22% vseh toplogrednih plinov (http://www.foodfen.org.uk/, 22.3.2007), z uporaba bioetanola močno zmanjšamo emisije toplogrednih plinov, saj se nastali CO₂ porabi pri fotosintezi pri rasti novih rastlin za pridobivanje bioetanola. Tudi mešanice bioetanola z gorivom pomembno zamnajša porabo fosilnih goriv in pomaga, da se lahko izognemo veliki odvisnosti od držav izvoznic nafte. Z povečanjem uporabe bioetanola, bi se lahko razvili tudi ruralni predeli, ker bi proizvajali rastline za pridobivanje bioetanola.

Bioetanol je tudi biorazgradljivi in veliko manj strupen kakor fosilna goriva. Pomembna lastnost pa je tudi ta, da uporaba bioetanola v starejših motorjih zmanjša emisijo ogljikovega monoksida. Velika prednost bioetanola je tudi v tem, da se ga brez težav integrira v obstoječi sistem. V količinah do 5% lahko bioetanol zmešamo z konvencionalnim gorivom, brez predelave motorja. Bioetanol se proizvede na fermentaciji podobne načine in ga lahko distrubuiramo z uporabo obstoječih sistemov za distribucijo bencina.

Pridobivanje Bioetanola

Etanol lahko pridobivamo iz biomase s pomočjo hidrolize in fermentacije sladkorjev. Biomasa vsebuje kompleksne zmesi polimerov ogljikovih hidratov iz rastlinskih celičnih sten poznani kot celuloza, hemiceluloza in lignin. Če želimo iz biomase pridobiti etanol, moramo najprej razgradit polisaharidne enote. Celulozo in hemicelulozo lahko razgradimo s encimi ali pa z nakisanjem v sukrozo, ki jo lahko fermentiramo v etanol. Lignin, ki je ravno tako prisoten v biomasi pa se navadno uporabi kot gorivo za gretje reaktorjev. Z ekstrakcijo sladkorja iz biomase pa poznamo 3 glavne procese. Kislinska hidroliza s koncentrirano kislino, kislinska kataliza z razredčeno kislino, in encimsko hidrolizo.

Kislinska hidroliza s koncentrirano kislino.

Arkanol- ov proces poteka tako, da biomasi dodamo 70-77% žveplovo kislino v razmerju 1:1,25 glede na biomaso. Biomaso moramo predhodno posušiti na 10% relativne vlažnosti. Zmes kisline in biomase vzdržujemo na temperaturi 50 °C. Nato dodamo vodo, tako da se kislina razredči na 20-30% in mešanico segrejemo na 100 °C za eno uro. Gel, ki nastane pri redukciji ločimo z kolonsko kromatografijo.

Kislinska hidroliza z razredčeno kislino

Kislinska hidroliza z razredčeno kislino je eden najstarejši, najlažjih in najbolj učinkovitih metod za pridobivanje etanola iz biomase. V prvi stopnji uporabimo 0,7% žveplovo kislino in zmes segrejemo na 190 °C. Tako iz celuloze dobimo hemicelulozo. Druga stopnja je optimizirana tako, da dobimo najbolj obstojno celulozno frakcijo. To naredimo s pomočjo 0,4% žveplove kisline pri 215 °C. Tekoče produkte hidrolize nevtraliziramo in odstranimo iz procesa.

Encimska hidroliza

Namesto, da za hidrolizo iz biomase v sukrozo uporabimo kislino, lahko za ta proces uporabimo tudi encime.  Proces pa je zelo drag in je zato šele v razvojni stopnji.

Proces z mokrim mletjem

Žito lahko predelamo v etanol s pomočjo procesa suhega ali mokrega mletja. V procesu mokrega mletja žitna zrna namakamo v topli vodi, ki nam pomaga, da se hidrolizirajo proteini in s tem izloči škrob, ki je prisoten v zrnju. Namakanje pomaga tudi pri mehčanju zrn pred postopkom mletja. Zrna nato zmeljejo in na tak način pridobimo kalčke, vlaknine in škrob. Kalčke ekstrahiramo in iz njih proizvedemo olje iz žitnih kalčkov. Škrobno frakcijo pa centrifugiramo, nato pa jo saharidiziramo, da iz nje proizvedemo mokro glutensko torto. Etanol nato destiliramo. Ta proces se uporablja v tovarnah, kjer proizvedejo nekaj 100 milijonov litrov etanola letno.

Proces suhega mletja

Pri procesu suhega mletja žitna zrna zdrobimo v drobne delce. Tako dobljeno moko, ki vsebuje kalčke, škrob in vlaknine nato hidroliziramo s kislino ali s pomočjo encimov. Mešanico nato ohladimo in dodamo kvasovke. Tako s postopkom fermentacije nastane etanol. Postopek suhega mletja uporabljajo tovarne kjer proizvedejo manj kakor 20 milijonov litrov etanola letno.

Proces fermentacije sladkorjev
S pomočjo hidrolize pretvorimo celulozni del rastline v sladkorno raztopino, ki jo nato s pomočjo kvasovk pretvorimo v etanol. Kvasovke ravno tako proizvajajo encim invertazo, ki pretvori oligosaharide v monosaharide kot so glukoza in fruktoza.

Fruktoza in glukoza reagirajo z encimom cimaza. ki ga ravno tako vsebujejo kvasovke. In tako pridobimo etanol.

Shema reakcije:

Proces fermentacije traja približno 3 dni in ga zaključimo s segrevanjem na temperaturo 250 -300 °C.

Proces frakcionirne destilacije

Etanol, ki ga pridobimo s fermentacijo, še vedno vsebuje znatne količine vode, ki jo moramo odstraniti. To izvedemo s frakcionirno destilacijo. In tako ločimo lažje hlapen etanol (T_vrel=78,3 °C) od vode (T_vrel=100 °C). Ker pa ima azeotropna zmes alkohola malenkost nižje vrelišče, kot produkt destilacije dobimo 96% etanol.  

Bioetanol je pri nas še zelo ne razširjen. Verjetno se s tem ukvarja le kakšen posameznik. V industrijskem merilu v Sloveniji tega še ne pridobivamo, za razliko od Brazilije kjer 70% porabljenega goriva sestavlja etanol.

Viri in slikovno gradivo:

http://www.ljudmila.org/sef/stara/Bioplin05.htm (22.3.2007)
http://www.inoks.si/ (20.3.2007)
www.ekonomist.co.yu/magazin/em100/nauka/biodi.htm (25.3.2007)
''Biodizel - obnovljivo gorivo za prihodnost?'', Matevž Čokl, Življenje in tehnika, marec 2002
''Biodizel'', Miroslav Kamenski, dipl. ing., Energetika, 4/2001
http://www.kemija.org/ (1.2.2007)
http://journeytoforever.org/biodiesel_mike.html (13.3.2007)
http://www.esru.strath.ac.uk/EandE/Web_sites/02-03/biofuels/ (18.3.2007)

Avtor: Kostja Makarovič