ЕНЕРГИЯ - Списание за оборудване, технологии и инженеринггодина VIII, брой 1, 2016

Биоетанолът

Потенциален източник на чиста енергия

Биоетанолът

В енергийната индустрия нуждата от промяна вече не е оспорвана. Освен опасността от пълна зависимост от чуждестранни горива в период когато и глобалната политика, и цените на газа за по-ожесточени от всякога, влиянието върху околната среда от изгарянето на милиони изкопаеми горива по-бързо отколкото може да се изрече „парникови газове” започва да безпокои все по-голяма част от човечеството. В такъв случай, какъв е отговорът? Някои споделят виждането, че това е водородът, който е брилянтна алтернатива, но веднага поражда въпроси относно безопасността. Други се насочват към природни ресурси, каквито са слънчевата светлина и вятърът. Част от индустрията за възобновяема енергия е изключително позитивна относно етанола – как да се спори с идеята за зареждане на автомобилите с гориво от царевица при изобилието от нея?

Етанолът е прозрачен и безцветен алкохол, произведен от захарите, съдържащи се в зърнени култури като царевица, сорго и пшеница, както и в ориза и обелките на картофите. Етанолът е възобновяемо гориво, тъй като се произвежда от растения. Има няколко метода за производството на етанол от биомаса. Най-често прилаганите методи днес използват мая за ферментацията на захарите и скорбялата от царевицата. В Щатите царевицата е основната съставка на етанола поради изобилието и ниската си цена. Скорбялата в царевицата ферментира до захар, която след това ферментира до алкохол. Други култури, като например ечемик, пшеница, ориз, сорго, слънчоглед, картофи, захарна тръстика и захарно цвекло, също могат да бъдат използвани за получаването на етанол.

Захарната тръстика и захарното цвекло са най-често използваните съставки на етанола в останалата част на света. Тъй като алкохолът се произвежда от ферментирала захар, захарните култури са най-лесно трансформируемите в алкохол изходни съставки.

История на етанола
Етанолът не е ново гориво. През 50-те години на 18 век етанолът е бил основно гориво, използвано за осветление. По време на Гражданската война в САЩ върху етанола бил наложен данък, за да бъдат събирани пари за боеприпаси. Таксата увеличила цената на етанола до такава степен, че той вече не бил конкурентен на другите горива, например керосин, при използването в осветителни тела. Този данък причинил рязък спад в производството на етанола, като производствените нива не се възстановили докато данъкът не бил отменен през 1906г.

През 1908г. Хенри Форд проектирал своя Модел Т, който да използва за гориво смес от бензин и алкохол, наричайки тази смес горивото на бъдещето. През 1919г., когато започнал Сухият режим, етанолът бил забранен, тъй като се смятал за напитка. Той можел да се продава само смесен с нефт. След края на Режима през 1933г. етанолът отново се използвал като гориво. Употребата на етанол нараснала по време на Втората световна война, когато петролът и другите ресурси били дефицит. През 70-те години на миналия век интересът към етанола като транспортно гориво бил съживен, след като ембаргото от страните, произвеждащи петрол, прекъснало доставките на бензин. От тогава насам употребата на етанол се насърчава чрез предлагането на по-ниски такси за производството и за смесването му с бензин. През 1988г. започнало добавянето на етанол към бензина, с цел да се намалят емисиите на въглероден оксид в атмосферата.

Методът на сухото смилане
Това е един от най-използваните методи за получаване на етанол и включва в себе си няколко стъпки. Първоначално царевицата (или друга зърнена култура) преминава през мелница и се смила на прах. Тази зърнена прах се смесва с вода и ензим и постъпва във високотемпературна „фурна”, където се втечнява. Ензимът служи като помощник в процеса на втечняване, като спомага за разпадането на зърнената смес. Втечнената каша се охлажда, след което към нея се добавя друг ензим. Той преобразува скорбялата в захар, която последващо ферментира за получаването на алкохол. За да започне ферментационният процес към захарната смес се добавя мая. Захарите се разпадат до етанол (форма на алкохол) и въглероден диоксид. Ферментиралата смес се дестилира, като етанолът се разделя от твърдите частици. Процес на дехидратация отстранява водата от отделения етанол. Добавя се малко количество бензин към етанола, така че той да не е питеен – всичкият етанол, използван за гориво, трябва да се направи негоден за пиене.

Вторичните продукти от този процес, включително зърната и въглеродният диоксид от дестилата, са приложими във фермерската индустрия и могат да бъдат продавани от производителите на етанол за различни цели. Но според много земеделски експерти, включването на етанола като едно от главните горива има сериозни недостатъци.

Етанолът и околната среда
Използването на етанол означава, че използваме малко по-малко петрол (невъзобновяемо гориво) за да направим бензин. За разлика от бензина, етанолът е нетоксичен (безопасен при работа) и биоразградим – много бързо се разпада до безвредни вещества, ако бъде разлят. Добавянето на малки количества етанол към бензина, обикновено по-малко от 10%, има много предимства. Етанолът намалява количествата въглероден оксид и други токсични замърсители, излизащи от ауспусите на превозните средства, като по този начин въздухът остава по-чист. Двигателите вървят гладко, без нужда от олово или други химични добавки. Тъй като етанолът се произвежда от посеви, които абсорбират въглероден диоксид и отделят кислород, той притежава потенциала да намали емисиите от парникови газове и да поддържа баланса на въглероден диоксид в атмосферата. Този процес се нарича въглероден цикъл.

Споровете около етанола
Със статуса си на нископроцентна добавка към горивото, ползите от етанола са очевидни. Тъй като съдържа много кислород в своята химична структура, етанолът изгаря чисто. Ако бъде добавян в подобни количества (обикновено една част етанол към девет части бензин) към бензина, който използваме в автомобилите си, той намалява парниковите емисии на газове като въглероден оксид и азотни оксиди. Направени са проучвания, които сочат, че само за 2007г. емисиите на парникови газове са намалели с около 10 тона, поради употребата на етанол като гориво. Добавянето на етанол към горивната смес също така намалява и количеството бензин, което изразходваме докато караме. Специална смес (1,5 части етанол към 8,5 части бензин), която се използва при специални „гъвкави” автомобили, изгаря дори по-чисто, с което още повече намалява отделянето на вредни газове в атмосферата, които биха причинили замърсяване на водата и въздуха, глобално затопляне и смог.

Проблемът с използването на етанола като широкомащабно гориво може да се сведе до две основни и взаимосвързани теми. В етанола далеч няма толкова енергия, колкото в бензина и произвеждането на значителни количества енергия от хранителни посеви ще намали площите земя, налични за отглеждането на култури, с които населението реално се храни. Повечето експерти се съгласяват по двете теми, но имат различия относно степента им на значение.

Други спорове възникват по отношение на таксите за използването на етанолни добавки; цената на етанола, която потребителят ще заплати за един километър (някои експерти смятат, че етанолът излиза по-скъпо отколкото бензина, основавайки се на факта, че етанолът съдържа по-малко енергия и понякога е по-скъп); загрижеността за отделените в околната среда емисии, получени по време на производствения процес; количеството на емисиите, които са спестени (някои експерти смятат, че емисиите отделяни при употребата на нефтени горива за преработката на царевица и производството на етанол са повече от емисиите, спестени поради употребата на етанола като алтернативно гориво).

Един от възможните отговори на разногласията около етанола е нещо, наречено целулозен етанол. Той се произвежда от нехранителни продукти като царевични стебла, дървени стружки и просо. Ако тази малка част от етанолната индустрия се превърне в достатъчно голям производител, целулозният етанол може да се окаже надежден и евтин компромис в „битката” етанол срещу бензин.

Употребата на етанол в Европа
Етанолът, който се произвежда в Европа, се използва в много сектори. В миналото по-голямата част от произведения етанол се е използвал в традиционните сектори, т.е. индустрията и хранително-вкусовата промишленост. След 2006г. тенденцията се променя и етанолът започва да се използва в горивния сектор. През 2009г. около 70% от произведения в Европа етанол е бил използван като транспортно гориво за консумация на европейския пазар. Останалата част от произведения етанол се използвала в традиционните сектори, тъй като износът му извън границите на европейския съюз е минимален.

Горивният сектор за етанола в Европа се развива с много бавни темпове. Отнело е повече от 10 години за да се увеличи продукцията от 60млн. литра през 1993г. до 525млн. литра през 2004г. През следващите две години производството е нараснало с повече от 70%. Производственият растеж за 2007г. е бил доста умерен – 13% повече от този за 2006г., и се увеличил с 56% през 2008г. – от 1,8млрд литра през 2007г. до 2,8млрд литра. След това през 2009г. производството на етанол отново нараства, достигайки 3,7млрд. литра – увеличение с 32% в сравнение с предходната година. Сравнен със сектора в САЩ и Бразилия, а също така и с европейския сектор за биодизел, европейският горивен сектор за етанола е сравнително малък. През 2009г. фирмите, които произвеждат най-много етанол, в низходящ ред са: Франция, Германия, Испания и Австрия, последвани от Швеция и Полша. Шестте страни, които консумират най-много етанол са Германия, Франция, Швеция, Англия, Холандия и Полша.

За разлика от употребата като гориво, която упорито нараства, използването на етанола за хранителни и индустриални цели има постоянни темпове на растеж през последните години. Тази тенденция се променя през 2009г., когато имало спад в крайното потребление на етанола в индустрията и хранително-вкусовата промишленост.