Wskaż Lidera Polskiej Chemii













Logo Chemical Online

Ekologiczne i ekonomiczne aspekty wytwórczości bioetanolu w świecie

08.01.2008 19:08:57

Od ponad dwudziestu pięciu lat zwiększa się z roku na rok udział etanolu w paliwie dla silników Otta. Największe jego użytkowanie w motoryzacji ma miejsce w Brazylii, gdzie wytwarzany jest z trzciny cukrowej. Tu pokaźne ekologiczne i ekonomiczne korzyści ze stosowania bioetanolu jako paliwa silnikowego są nie do zakwestionowania.

Zupełnie inaczej niż w Brazylii zaczyna kształtować się pozycja bioetanolu jako komponentu benzyn w Europie, gdzie bywa wytwarzany głównie ze zboża, buraków i ziemniaków. Przez wiele lat zboże na naszym kontynencie było tanie – poniżej 100 €/t. Tymczasem w minionym roku ceny pszenicy oraz kukurydzy uległy więcej jak podwojeniu i zapewne na tym nie jest koniec.
Stosowanie bioetanolu jako alternatywnego paliwa silnikowego w Europie bywa coraz częściej kwestionowane z powodów ekologicznych i ekonomicznych. Jedną z kilku krytycznych uwag jest jego niski potencjał wytwórczy z 1 ha upraw w porównaniu z innymi biopaliwami, co dokumentuje tabela.

Z tych danych widać jednoznacznie, że najefektywniejszymi technologiami wytwarzania biopaliw są tzw. BtL (tlenowe zgazowanie drewna, a potem katalityczna synteza wytworzonej mieszaniny tlenku węgla i wodoru do paliw silnikowych) oraz beztlenowa fermentacja różnorakich rodzajów biomasy do biogazu (mieszaniny CH4 i CO2) z którego można łatwo wydzielić biometan. Z 1 ha upraw kukurydzy wytwarza się 10 000 m3 biogazu, zawierającego 54% metanu. Przeciętny zbiór zielonej masy kukurydzy wynosi 50 t/ha rok.
Popierający dodawanie bioetanolu do benzyny mają oczywiście na uwadze ograniczania emisji CO2 do atmosfery, jak i hamowanie negatywnych zmian klimatycznych. Tą drogą można w dodatku ograniczyć import ropy [1].

Proces wytwarzania bioetanolu
Do wytwórczości bioetanolu służą części roślin, zawierające węglowodany w postaci cukru, krochmalu lub celulozy. W praktyce przemysłowej stosuje się trzcinę cukrową, buraki, zboże oraz kartofle i podobne z krajów tropikalnych.
Cukier można poddać wprost beztlenowej fermentacji z udziałem mikroorganizmów, zawartych w dodawanych drożdżach. Natomiast krochmal i celulozę trzeba najpierw przeprowadzić do postaci prostych cukrów. I tak – przykładowo – zboże trzeba najpierw poddać zmieleniu, a potem po dodaniu wody i enzymów (w postaci drożdży) trzeba tę mieszaninę podgrzać, aby w kilkustopniowej operacji uzyskać alkohol etylowy oraz ditlenek węgla. Z 1 kg cukru otrzymuje się 511 g etanolu oraz 489 g CO2, przy czym przebiegający proces jest egzotermicznym i wytwarzające się ciepło trzeba odprowadzać, aby termicznie nie uszkodzić drożdży [2].
Po ukończeniu procesu fermentacyjnego należy mieszaninę poprodukcyjną, zawierającą 18% etanolu, poddać destylacji z której uzyskuje się półprodukt, zawierający około 85% etanolu i 15% wody. Pozostałość podestylacyjną przetwarza się najczęściej na karmę dla zwierząt.
Jeżeli ma się uzyskać alkohol silnikowy, to konieczne są jeszcze dwie rektyfikacje wyżej wymienionej mieszaniny, najpierw do 96%-wego spirytusu, który następnie po dodaniu cykloheksanu w trzeciej destylacji pozbywa się resztek wody w postaci azeotropu obu tych składników.
Usuwanie wody z 96%-wego spirytusu jest również możliwe w kolumnach wypełnionych tzw. zeolitami. Są to sita molekularne w strukturze tlenków glinu i krzemu, które wyłapują (oddzielają) wodę od etanolu. Wymienione kolejne trzy operacje rektyfikacyjne surowego etanolu są energochłonne – a w ostatecznym rozrachunku nie tylko kosztowne, ale związane z emisją CO2. Ten bowiem pochodzi z systemów grzewczych opisanych wyżej kolumn rektyfikacyjnych.

Gospodarcze aspekty produkcji bioetanolu w świecie
Produkując bioetanol z trzciny cukrowej w Brazylii, ma się do czynienia z relatywnie prostą – a zatem i tanią – uprawą surowca. W dodatku są tu ogromne plantacje – przeciętnie po 20 000 ha – z których na każdej rocznie zbiera się około 1,5 mln ton trzciny cukrowej. W Brazylii działa prawie 100 000 przedsiębiorstw różnej wielkości, zajmujących się tą uprawą i jej przetwórstwem. Tego typu różnice w strukturach kosztów upraw surowców leżą u podstaw faktów, że koszty wytwarzania bioetanolu w Europie wynoszą obecnie około 450 €/m3, a w Brazylii tylko 170 €/m3.

Przy tak taniej produkcji bioetanolu w Brazylii, stosuje się w tym kraju nie tylko mieszanki 20% i 85% tego alkoholu w benzynie, ale stacje tankowania oferują nawet 100%-wy bioetanol wprost do baku.
Trzeba te informacje uzupełnić o dodatkowe – znaczące ze względów ekologicznych, jak i ekonomicznych: w Brazylii dla trójstopniowej rektyfikacji surowego etanolu uzyskuje się energię z relatywnie taniego spalania wyprasek bagasy – nie ma zatem dodatkowej emisji CO2 do atmosfery w przeciwieństwie do warunków europejskich.
Duże wytwórnie bioetanolu o mocy około 250 000 ton etanolu rocznie buduje się coraz częściej w Unii Europejskiej.
Na terenie USA obserwuje się również intensywny rozwój instalacji produkcji bioetanolu i to przede wszystkim na bazie ziarna kukurydzy [2]. Aktualnie pracuje tu 125 ogromnych wytwórni bioetanolu o globalnej mocy 22 mln m3 rocznie, a dalszych 76 znajduje się w różnych fazach budowy. Po ich uruchomieniu globalna produkcja bioetanolu w USA wzrośnie do 37 mln m3/rok.
Koszty wytwarzania bioetanolu z ziarna kukurydzy wynoszą w tym kraju 260 €/m3.
Z powodu ograniczonych możliwości rozwoju uprawy kukurydzy, planuje się część wytwórczości bioetanolu przestawić na celulozę.
Największe w świecie wytwórnie bioetanolu z ziarna kukurydzy wznosi się w Chinach mimo, że uprawa tego surowca jest tam droższa, niż w USA. Koszty wytwarzania bioetanolu w tym azjatyckim gigancie sięgają 300 €/m3.
Przyszłość biopaliw silnikowych w świecie będzie jednak bazowała na biometanie z biogazu przemysłu rolno-spożywczego oraz na BtL – Biomass-to-Liquid. Referencyjna instalacja tego typu, obejmująca pirolizę zrębków drewna, a potem tlenowe zgazowanie półproduktów, by w końcowej fazie procesowej przetworzyć wytworzoną mieszaninę CO + H2 metodą Fischera-Tropscha do ropy syntetycznej, uruchamiają obecnie Niemcy we Freibergu.
Są to biopaliwa silnikowe drugiej generacji, konkurencyjne do ropy przy jej cenie powyżej 90 USD/baryłkę. Olej napędowy z procesu BtL jest pod każdym względem swą jakością lepszy i efektywniejszy, niż uzyskiwany z naturalnej ropy.
drukuj ten artykuł drukuj ten artykuł  |   poleć artykuł znajomemu poleć artykuł znajomemu
Najświeższe informacje w kanale RSS Najświeższe informacje w kanale RSS (jak używać)