Bioetanolul este etanol convențional obținut din prelucrarea materiilor prime vegetale pentru utilizare ca biocombustibil . Producția mondială de bioetanol în 2005 s-a ridicat la 36,3 miliarde de litri, dintre care 45% proveneau din Brazilia și 44,7% din Statele Unite . Etanolul în Brazilia este produs în principal din trestie de zahăr , în timp ce în SUA este produs din porumb . Producția de etanol din trestie este cu mult mai economică decât din porumb. Guvernul federal al SUA oferă producătorilor de etanol un credit fiscal (dar fără subvenție) de până la 0,51 USD per galon de etanol. Etanolul brazilian este ieftin din cauza salariilor mici pentru culegătorii de trestie de zahăr.
Statele Unite ale Americii au adoptat în august 2005 „Energy Bill” („ Energy Policy Act of 2005 ”) și „Renewable Fuels Standard” („ Renewable Fuels Standard ”). Acestea preconizează până în 2012 o producție anuală de 30 de miliarde de litri de etanol din cereale și 3,8 miliarde de litri din celuloză (tulpini de porumb, paie de orez, deșeuri din industria forestieră etc.).
În prezent, cea mai mare parte a bioetanolului este produs din porumb (SUA) și trestie de zahăr (Brazilia). Materia prima pentru producerea bioetanolului poate fi si diverse culturi agricole cu un continut ridicat de amidon sau zahar : manioc , cartofi , sfecla de zahar , cartof dulce , sorg , orz etc.
Maniocul are un mare potențial . Manioc este produs în cantități mari de China , Nigeria , Thailanda . Costul producerii bioetanolului din manioc în Thailanda este de aproximativ 35 USD pe baril echivalent petrol .
Cel mai bun climat pentru producția de trestie de zahăr îl are Peru , țările din Caraibe . Cantități mari de trestie de zahăr pot fi produse și de Indonezia și unele țări africane, cum ar fi Mozambic .
Etanolul poate fi produs în cantități mari din celuloză . Materia primă poate fi diverse deșeuri agricole și forestiere: paie de grâu , paie de orez , bagas de trestie de zahăr , rumeguș etc.
Hogweed lui Sosnovsky poate servi ca materie primă pentru producția de bioetanol . Dintr -un hectar de hogweed, aproximativ, se pot obține până la 25 de mii de litri de bioetanol. În comparație, trestia de zahăr și sfecla de zahăr produc 4.550 și, respectiv, 5.060 litri de bioetanol la hectar. [unu]
O metodă de producere a etanolului cunoscută încă din cele mai vechi timpuri este fermentarea alcoolică a produselor organice care conțin carbohidrați ( struguri , fructe etc.) sub acțiunea enzimelor de drojdie și bacterii . Procesarea amidonului , cartofilor , orezului , porumbului și așa mai departe arată similar. Această reacție este destul de complicată, schema ei poate fi exprimată prin ecuația:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 _ _ _ _ _ _ _Ca urmare a fermentației, se obține o soluție care nu conține mai mult de 15% etanol, deoarece drojdia moare de obicei în soluții mai concentrate. Etanolul astfel obținut trebuie purificat și concentrat, de obicei prin distilare .
Producția industrială de alcool din materii prime biologiceTehnologia industrială modernă pentru obținerea alcoolului etilic din materii prime alimentare include următoarele etape:
Deșeurile din producția de fermentație sunt uleiurile de gătit și de fusel . Bardul este folosit pentru producerea de furaje.
Cei mai mari producători de bioetanol din SUA sunt Archer Daniels Midland și Cargill .
Producția de hidrolizăLa scară industrială, alcoolul etilic este obținut din materii prime care conțin celuloză ( lemn , paie ), care este prehidrolizată . Amestecul rezultat de pentoze și hexoze este supus fermentației alcoolice. În țările din Europa de Vest și America , această tehnologie nu a fost răspândită, dar în URSS (acum în Rusia ) a existat o industrie dezvoltată a drojdiei de hidroliză a furajelor și a etanolului de hidroliză.
În 2008, ponderea etanolului în consumul mondial de combustibil a fost de 5,4%. În același an, 89% din producția mondială de etanol a venit din Statele Unite și Brazilia. [2]
Etanolul este o sursă de energie mai puțin „densă energetic” decât benzina (numai pentru amestecuri cu conținut ridicat de etanol, vezi mai jos Eficiența energetică a etanolului); kilometrajul mașinilor care rulează pe E85 (un amestec de 85% etanol și 15% benzină; litera "E" - din engleza Etanol ) pe unitate de volum de combustibil este de aproximativ 75% din kilometrajul mașinilor standard. Motoarele auto cu ardere internă convenționale nu pot funcționa pe E85, deși funcționează bine pe E10 . Pe etanol „adevărat”, doar așa-zisul. mașini „ Flex-Fuel ” (mașină cu motor multicombustibil). Aceste vehicule pot funcționa și cu benzină obișnuită (încă este necesară o mică adăugare de etanol) sau cu un amestec arbitrar al ambelor. Brazilia este lider în producția și utilizarea bioetanolului din trestie de zahăr ca combustibil. Benzinăriile din Brazilia oferă fie E20 (uneori E25) sub pretextul benzinei obișnuite, fie „ acool ” E100 , un azeotrop de etanol (96% C 2 H 5 OH și 4% (în greutate) apă). Profitând de faptul că etanolul este mai ieftin decât benzina, cisternele fără scrupule diluează E20 cu un azeotrop, astfel încât concentrația sa poate ajunge tacit până la 40%. Este posibil să convertiți o mașină obișnuită în Flex-fuel, dar nu este fezabil din punct de vedere economic.
Criticii producției de bioetanol susțin că pădurile tropicale sunt adesea tăiate pentru plantațiile de trestie pentru a produce bioetanol. Deși plantațiile de trestie de zahăr nu sunt scopul principal al tăietorilor de lemne. Pădurile tropicale sunt tăiate ilegal pentru lemn. Dacă producătorii ilegali de lemn tăiau un teren de pădure, atunci după ce părăsesc terenul este ocupat de fermieri pentru pășunat. După 3-4 ani, pășunatul animalelor pe acest sit se oprește, iar locul este ocupat de fermieri pentru producția de soia și alte culturi.
Producția de etanol din porumb în SUA este de 5-6 ori mai puțin eficientă decât producția sa din trestie de zahăr în Brazilia. Recent, a început producția de etanol celulozic în statele sudice ale Statelor Unite, pentru care se plantează sorg dulce [2] .
În 2004, Federația Rusă a adoptat GOST R 52201-2004 pentru carburanții de motor care conțin alcool ("benzanoli") cu un conținut de etanol de 5-10%. Din 2006, au intrat în vigoare modificări ale Legii „Cu privire la reglementarea de stat a producției și cifrei de afaceri de alcool etilic, alcool și produse care conțin alcool” și la capitolul „Accize” din Codul fiscal al Federației Ruse. Ca urmare a modificărilor, benzina care conține mai mult de 1,5% alcool este recunoscută ca produs cu conținut de alcool, cu toate consecințele care decurg: fabricarea și vânzarea acesteia sunt supuse licenței și controlului special de către autoritățile fiscale. [3]
În 2018, a fost adoptată o lege care reglementează producția și circulația bioetanolului și menită să elimine producția și circulația benzinei de motor produse cu adaos de alcool etilic din legea din 2006 privind reglementarea de stat a producției și circulației alcoolului etilic. [patru]
E5, E7, E10 - amestecuri cu un conținut scăzut de etanol (5, 7 și, respectiv, 10 procente în greutate), cele mai comune astăzi. În aceste cazuri, adăugarea de etanol nu numai că economisește benzina prin înlocuirea acesteia, dar și elimină aditivul de oxigenare dăunător MTBE .
E85 - un amestec de 85% etanol și 15% benzină . Combustibil standard pentru așa-numitul. Mașini „ Flex-Fuel ”, distribuite în principal în Brazilia și Statele Unite, și într-o măsură mai mică - în alte țări. Datorită densității energetice mai mici, se vinde mai ieftin decât benzina.
ED95 este un amestec de 95% etanol și 5% aditiv pentru combustibil. Scania a început să dezvolte un motor de autobuz diesel 95% etanol la mijlocul anilor 1980 . A fost creat un program de testare pentru autobuzele urbane cu motoare care funcționează cu 95% etanol - „BEST” („ BioEthanol for Sustainable Transport ”).
E100 este în mod oficial 100% etanol, totuși, datorită faptului că etanolul este higroscopic , producerea și utilizarea sa fără o concentrație reziduală de apă este neprofitabilă. Prin urmare, în cele mai multe cazuri, E100 înseamnă un amestec azeotrop standard de etanol (96% C2H5OH și 4 % apă (în greutate); 96,5% și 3,5 % în procente în volum). Prin distilare convențională, este imposibil să se obțină o concentrație mai mare de etanol.
O nomenclatură detaliată a amestecurilor de etanol și benzină utilizate ca combustibil în diferite țări și vehicule este descrisă în articolul Wikipedia în limba engleză .
În decembrie 2007, Universitatea din Dakota de Nord și Centrul de Cercetare Automotive din Minnesota (MnCAR) au publicat rezultatele unui studiu privind eficiența energetică a bioetanolului în transportul rutier [5] . La studiu au luat parte atât mașini obișnuite, cât și mașini cu motoare „ Flex-fuel ”. Au fost studiate amestecuri de la 2% la 85% conținut de etanol în benzină .
Pentru mașinile obișnuite, amestecul E30 s-a dovedit a fi optim . Consumul de combustibil a scăzut cu 1% față de benzină. Rezultatul a fost obținut pe mașinile „ Toyota Camry ” și „ Ford Fusion ”.
Pentru mașinile „ flex-fuel ”, amestecul E20 s-a dovedit a fi optim . Consumul de combustibil a scăzut cu 15% față de benzină. Rezultatul a fost obținut pe modelul „ flex-fuel ” „ Chevrolet Impala ”.
În 2006 , în raportul său , Departamentul Agriculturii din SUA (USDA) a raportat că costul producției de bioetanol în Statele Unite este de aproximativ 0,3 USD pe litru, în Brazilia - 0,19-0,2 USD, în Europa - 0,5 USD [6] . La începutul anului 2008, prețul de piață al 1 litru de etanol era: în SUA - 0,43 USD (benzină - 0,55 USD), în Brazilia - 0,4 USD, în Europa - 0,72 USD (benzină - 1,5 USD) [7] .
În Brazilia, bagasa din trestie de zahăr este folosită drept combustibil în centralele electrice . Acest lucru face posibilă creșterea echilibrului de combustibil al etanolului produs din trestie de zahăr cu până la 8% .
Utilizarea bioetanolului ca combustibil reduce emisiile de dioxid de carbon, un gaz cu efect de seră . Reducerea emisiilor de dioxid de carbon din utilizarea bioetanolului depinde de materialul vegetal utilizat, de zona climatică și de costurile generale pentru cultivarea, transportul și prelucrarea acestuia, deoarece aceste procese folosesc combustibili fosili (lucrări agrotehnice, uscarea cerealelor pentru depozitare, producție de îngrășăminte pentru restabilirea fertilității solului, rectificarea alcoolului și prelucrarea deșeurilor). Reducerile emisiilor de CO2 din producția de etanol pe bază de cereale în Statele Unite au fost în medie de 19% din 2007 și se estimează că o reducere de CO2 cu 28-32% ar putea fi realizată prin modernizarea producției de alcool la gaze naturale. Reducerea maximă a emisiilor de CO 2 poate fi realizată în producția de etanol din deșeuri care conțin celuloză (de exemplu, deșeurile din industria forestieră, 52%), atât ca sursă de celuloză, cât și ca combustibil în producția de alcool; Reducerea maximă teoretică a emisiilor - 82% - poate fi realizată în producția de etanol din biomasa celulozică de mei Panicum virgatum , dar o astfel de producție este în prezent (2011) absentă [8] .
Principala problemă în producția de bioetanol din produse agricole comerciale, în primul rând din cereale, este reducerea ponderii terenului ocupat de producția de furaje și culturi alimentare și, ca urmare, creșterea prețurilor la alimente. Astfel, conform estimărilor Comitetului de Buget al Congresului SUA, contribuția creșterii utilizării cerealelor pentru producția de etanol la creșterea prețurilor la alimente în 2008 a fost de 35% [9] .
Oxigenul conținut de etanol permite arderea mai completă a hidrocarburilor combustibile. Conținutul de 10% etanol din benzină reduce emisiile de particule cu până la 50%, emisiile de CO cu 30%.
În 2006, utilizarea etanolului în Statele Unite a redus emisiile cu aproximativ 8 milioane de tone de gaze cu efect de seră (în echivalent CO 2 ), ceea ce este aproximativ egal cu emisiile anuale a 1,21 milioane de mașini.
La începutul anului 2007, 15% dintre mașinile din Brazilia aveau motoare flex-fuel .
În 2007, 2 milioane de vehicule noi cu biocombustibil au fost vândute în Brazilia, reprezentând 85,6% din piața braziliană de mașini noi. În 2003, 48.000 de vehicule cu biocombustibil au fost vândute în Brazilia, reprezentând 4% din piața auto.
Recent, motoarele Flexifuel de la Ford au devenit larg răspândite . Aproximativ 17.500 de Flexifuels au fost vândute în Europa în 2007 .
| Principalele tipuri de combustibil organic | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fosil |
| ||||||||
| Regenerabile și biologice | |||||||||
| artificial | |||||||||