Help!
Top wrapper

Glavni izbornik
Početna stranica
Energija uz video prikaz
Energija općenito
Uvod u izvore energije
Obnovljivi izvori energije
Neobnovljivi izvori energije
Energija i ekologija
Činjenice o energiji
Korisni linkovi
Izvori energije - RSS Feed
Dodatno
Nafta - Neka pitanja
Geo. en. - Upotreba i principi
Prednosti biomase
Kako radi nukl. elektrana?
Zanimljivi linkovi
US Department of Energy
Crude Oil Price
 
 

Biogoriva (Biofuels)

Sunday, 18 May 2008

Biogoriva.
U zadnje vrijeme sve se više priča o biogorivu kao zamjeni za tradicionalna fosilna goriva i većina političara govori o tome kao o savršenom obnovljivom izvoru energije kojega može proizvoditi bilo tko i na taj način smanjiti ovisnost o uvozu energenata. Iako priča oko smanjenja ovisnosti o uvozu energenata stoji, malo detaljnije proučavanje nastanka, svojstava i načina iskorištavanja biogoriva rezultira zaključkom da su biogoriva izuzetno opasna za razvoj čovječanstva. Iako je prilično teško naći neku zadovoljavajuću definiciju biogoriva, u ovom radu će biti pokušano određivanje osnovnih svojstava i karakteristika biogoriva, njegovih pozitivnih strana, ali također i opasnosti koje donosi te utjecaj koji ima/će imati na ukupno svjetsko gospodarstvo.

Stoga ćemo prvo krenuti od već spomenutog definiranja biogoriva kao novog obnovljivog izvora energije, da bi zatim preko osnovnih svojstava došli do dvije najčešće vrste biogoriva (etanol i biodizel), ali i do same podjele biogoriva u dvije generacije. Na samom kraju rada osvrnut ćemo se na negativne posljedice proizvodnje ovog izvora energije, čiji će temelj biti istraživanja i mišljenja brojnih svjetskih stručnjaka koji se, ponukani mišljenjem većeg dijela čovječanstva o biogorivima kao novoj nadi za smanjenje ovisnosti o štetnim i već gotovo iskorištenim fosilnim gorivima, odupiru sve većoj proizvodnji jer će ona rezultirati još većim jazom što se tiče razvijenih i nerazvijenih dijelova svijeta.

Biomasa - Temelj proizvodnje biogoriva

Ovaj pojam koji je zapravo skraćenica pojma biološka masa, označava količinu materijala donedavno živućeg podrijetla (biljke, životinje i njihovi produkti) koji se nalazi na određenom području Zemljine površine. Najviše je poznat iz raznih rasprava o energiji biomase, odnosno o gorivima koja mogu biti proizvedena posredno ili neposredno iz bioloških izvora. Biomasa je obnovljiv izvor energije koji se temelji na ugljikovom ciklusu, za razliku od ostalih prirodnih izvora kao što su nafta, ugljen i nuklearna goriva. Jedno od određenja biomase koje je prihvaćeno od strane Hrvatskog Sabora je: "Biomasa je biorazgradivi dio proizvoda, otpada i ostataka proizvedenih u poljoprivredi (uključujući tvari biljnoga i životinjskoga podrijetla), u šumarstvu i srodnim industrijama, kao i biorazgradivi dio industrijskoga i komunalnoga otpada". Energija biomase iz drva, ostataka žetve i gnojiva su primarni izvori energije u razvijenim regijama. U nekim područjima je biomasa i najveći izvor energije kao što je to slučaj u Brazilu, gdje je zastupljena pretvorba šećerne trske u etanol ili pak u kineskoj pokrajini Sečuan, gdje se gorivo proizvodi iz gnojiva. Za neka područja u svijetu je tipična uporaba određenih izvora biomase u proizvodnji goriva, kao što je vidljivo i iz gore navedenih primjera. U SAD-u su za sada najviše zastupljeni kukuruz, visoka prerijska trava i soja, dok Europa u proizvodnji biogoriva koristi uljanu repicu, pšenicu i šećernu repu. U jugoistočnoj Aziji prednost ima palmino ulje, a u Kini sirak i manioka. Provode se razna istraživanja u svrhu unaprjeđenja proizvodnje energije biomase, ali ekonomski rival nafta usporava ta nastojanja i zadržava ih na ranom stadiju razvitka.

Biogoriva - Određenje i podjela

Pošto smo odredili biomase kao izvor za proizvodnju biogoriva, sljedeći korak bio bi određivanje bio goriva kao takvih. Najjednostavnija definicija biogoriva mogla bi glasiti: „Biogoriva su tekuća ili plinska goriva za potrebe prijevoza, proizvedena iz biomase“. Biogoriva mogu biti proizvedena neposredno iz biljaka ili posredno iz industrijskog, komercijalnog, domaćeg i poljoprivrednog otpada. Postoje tri osnovne metode proizvodnje biogoriva. Prva se temelji na spaljivanju suhog organskog otpada ( kućanskog otpada, industrijskog i poljoprivrednog otpada, slame, drva i treseta). Zatim je tu fermentacija mokrog otpada (gnojiva životinjskog podrijetla) bez prisutnosti kisika kako bi se proizvelo biogorivo sa čak 60% metana te fermentacija šećerne trske ili kukuruza kako bi se proizveo alkohol i esteri. Konačno tu je i energija koja je dobivena šumarstvom, odnosno uzgojem brzorastućeg drveća za proizvodnju goriva. Međutim, svakako je najpoznatije fermentacija, čiji su produkti dvije najpoznatije vrste biogoriva: alkohol i esteri. Oni bi teoretski mogli zamijeniti fosilna goriva, ali budući da bi bila potrebna prilagođavanja strojeva, najčešće se koriste u mješavini s fosilnim gorivima.

Biogoriva imaju potencijal usmjeren smanjivanju produkcije ugljičnog dioksida CO2. To se prvenstveno temelji na činjenici da biljke, iz kojih se proizvode biogoriva, apsorbiraju CO2 prilikom svog rasta, koji se pak oslobađa prilikom sagorijevanja biogoriva. Međutim, budući da je energija potrebna za rast i uzgoj biljaka te njihovu pretvorbu u biogoriva i zatim distribuciju, posve je jasno kako se oslobađa dodatna količina ugljičnog dioksida. Emisije ugljičnog dioksida koji se oslobađa prilikom proizvodnje i distribucije biogoriva se mogu izračunati pomoću tehnike nazvane "Life Cycle Analysis (LCA)" koja se temelji na praćenju i izračunavanju emisije CO2 od početka rasta biljke, odnosno stavljanja sjemenke u zemlju pa do ispuštanja plina tijekom izgaranja u motoru automobila. Urađene su različite studije za različita biogoriva, čiji su rezultati također bili različito diferencirani. Većina LCA studija pokazalo je kako biogoriva u usporedbi sa fosilnim gorivima stvaraju znatno manje količine štetnih stakleničkih plinova te bi njihova uporaba, odnosno zamjena fosilnih goriva značila značajnu redukciju efekta staklenika.

Postoje različite vrste biogoriva koje se dijele na prvu i drugu generaciju ovisno o izvoru materijala za proizvodnju, troškova proizvodnje, cijeni i emisiji CO2. Prva generacija biogoriva se temelji na proizvodnji iz šećera, škroba, biljnih ulja ili životinjskih masti, dok se za proizvodnju druge generacije koriste poljoprivredni i šumski otpad.

Prva generacija biogoriva

Već je spomenuto kako prva generacija biogoriva nastaje iz različitih biljnih i životinjskih tvari. Najpoznatije vrste prve generacije biogoriva su etanol, biodizel i bioplin.

  • Etanol

    Razna bio goriva na crpkama.
    Razna bio goriva na crpkama.

    Etilni alkohol ili etanol, C2H5OH, je prozirna, bezbojna tekućina, specifičnog okusa i karakterističnog ugodnog mirisa. Najčešće se nalazi u alkoholnim pićima kao što je pivo, vino i konjak. Zbog niske temperature ledišta korišten je kao tekućina u termometrima na temperaturi ispod -40 °C (-40 °F), te kao antifriz u automobilima.

    Etanol je najčešće koncentriran destilacijom razrijeđene otopine. Etanol koji se koristi u komercijalne svrhe sadrži 95% etanola i 5% vode. Ovaj ostatak vode se može oduzeti pomoću određenog enzima te na taj način nastaje apsolutni etanol. Temperatura na kojoj se etanol počinje topiti je -114.1 °C (-173.4 °F), temperatura vrelišta iznosi 78.5 °C (173.3 °F). Najstariji način proizvodnje etanola jest fermentacija šećera. Sva alkohola pića i više od polovice industrijskog etanola još se uvijek dobiva na isti način. Škrob koji se nalazi u krumpiru, kukuruz i ostale žitarice uz pomoć enzima kvasca i drugih enzima pretvara se u etanol i ugljični dioksid.

    C6H12O6→ 2C2H5OH + 2CO2

    Ova formula je zapravo jednostavan prikaz procesa u kome se stvara još mnoštvo drugih produkata. Tekućina dobivena na ovaj način, koja sadrži 7 do 12% etanola biva nizom destilacija pretvorena u 95%-tni etanol. Velike količine etanola koji nije namijenjen proizvodnji pića dobiva se sintetički iz acetaldehida koji se dobiva iz acetilena ili pak iz etilena koji se dobiva iz nafte. Etanol može biti oksidiran prvo u acetaldehid, a zatim u octenu kiselinu. Ukoliko se podvrgne dehidraciji, nastaje eter. Ostali proizvodi koji se dobivaju iz etanola su butadien iz kojeg se izrađuje sintetička guma, zatim etilni klorid (lokalni anestetik) i mnogi drugi organski spojevi. Pomiješan s benzinom etanol daje spoj gasohol koji se koristi kao automobilsko gorivo. Također se može miješati s vodom i mnogim organskim otopinama u svim omjerima. Odlično je otapalo različitih tvari i koristi se u proizvodnji parfema, lakova, celuloida i eksploziva. Alkoholne otopine neisparivih tvari nazivaju se tinkturama. U slučaju kada podliježe isparavanju, otopina se naziva špirit.

    Većina industrijskog etanola je denaturirana kako bi se izbjegla njegova upotreba kao alkohola. Taj proces uključuje miješanje etanola s otrovnim ili neugodnim tvarima koje čine etanol nemogućim za ispijanje. Odstranjivanje tih tvari bi podrazumijevalo seriju tretmana skupljih od poreza na alkoholna pića.

  • Biodizel

    Biodizel je prvi od alternativnih goriva koje je postalo poznato široj publici te je najraširenije biogorivo u Europi. Proizvodi se iz ulja ili masti procesom transesterifikacije te je u ustroju slično mineralnom dizelu. Ulja se miješaju sa natrijevim hidroksidom i metanolom ili etanolom, a kao produkti te kemijske reakcije nastaju biodizel i glicerol. Na deset dijelova biodizela nastane jedan dio glicerola. Biodizel može biti korišten u svakom dizelovom motoru kada se pomiješa s mineralnim dizelom. U nekim zemljama proizvođači daju garanciju na motor ukoliko se upotrebljava i sam biodizel bez dodataka iako, npr. Volkswagen savjetuje svojim vozačima da se posavjetuju sa Volkswagenovim odjelom za zaštitu okoliša prije same upotrebe.

  • Bioplin

    Tvar %
      Metan, CH4 50 – 75  
      Ugljični dioksid, CO2 25 - 50  
      Dušik, N2 0 - 10  
      Vodik, H2 0 - 1  
      Vodikov sulfid, H2S 0 - 3  
      Kisik, O2 0 - 1  
     
    Bioplin nastaje procesom anaerobne pretvorbe organskih materijala (biorazgradljiv otpad, energetske tvari) uz pomoć anaerobnih organizama, a proizveden sadrži metan i ugljični dioksid. Bioplin se može koristiti kao izvor struje te za zagrijavanje prostorija i vode. Kao gorivo, pronalazi svoju upotrebu u motoru s unutarnjim sagorijevanjem. Tipični sastav bioplina je prikazan u tablici.

 
 

Druga generacija biogoriva

Druga generacija biogoriva dobivena je preradom poljoprivrednog i šumskog otpada. Za razliku od prve generacije, biogoriva ove generacije znatno bi mogla reducirati emisiju CO2, a uz to ne koriste izvore hrane kao temelj proizvodnje i neke vrste osiguravaju bolji rad motora. Biogoriva druge generacije koja su trenutačno u proizvodnji su: biohidrogen, bio – DME, biometanol, DMF, HTU dizel, Fischer – Tropsch dizel i mješavine alkohola.

  • Biohidrogen

    Ova vrsta biogoriva mogla bi biti najzastupljenija u budućnosti, budući da je obnovljiva, ne uzrokuje emisiju stakleničkih plinova pri sagorijevanju, već oslobađa energiju te se lako pretvara u električnu energiju pomoću ćelija za gorivo. Kod proizvodnje biohidrogena uz pomoć fotosintetičkih mikroorganizama, potreban je jednostavan solarni reaktor, kao prozirna zatvorena kutija i neznatni energijski izvor. Elektrokemijska proizvodnja biohidrogena pomoću solarne baterije zahtijeva, međutim, jake energetske izvore. Postoje različiti procesi proizvodnje biohidrogena. Neke od njih su: biofotoliza vode pomoću mikroalgi ili cijanobakterija, proizvodnja biohidrogena uz pomoć određenih enzima (hidrogenaza, nitrogenaza), proizvodnja pomoću fotosintetskih bakterija, kombinacija fotosintetskih i anaerobnih bakterija kod proizvodnje. Sama proizvodnja biohidrogena je najzahtjevnija s obzirom na okoliš. Budućnost ovog procesa ovisi ne samo o poboljšanjima na temelju istraživanja, već i o ekonomskim zahtjevima, društvenoj prilagodljivosti i razvitku hidrogenskog energijskog sustava.

  • Bio – DME

    Bio – DME ili biodimetileter je jako sličan biometanolu o kojem će biti riječ kasnije. Može se proizvesti neposredno iz sintetičkog plina, koji je još uvijek u razvitku. Međutim, u kemijskoj industriji, DME se proizvodi iz čistog metanola procesom katalitičke dehidracije, kojom se kemijski razdvaja voda od metanola. Ovakav metanol može se proizvesti iz ugljena, prirodnog plina ili biomase. Često se produkcija metanola i DME obuhvaća jednim procesom. Tek nedavno se na DME počelo gledati kao na mogući izvor goriva. U prošlosti je bio korišten kao zamjena kloroflourkarbonu u sprejevima. Međutim, zbog svoje niske temperature sagorijevanja i visokog oktanskog broja pogodan je kao gorivo u dizelskim motorima. Iako ne potiče koroziju metala (kao bioetanol i biometanol), DME utječe na određene vrste plastike i gume nakon određenog vremena. Na sobnoj temperaturi je u plinovitom stanju, dok u tekuće prelazi ukoliko je tlak iznad 5 bara ili na temperaturi nižoj od -25 °C.

  • Biometanol

    Ova vrsta goriva druge generacije može također biti proizvedena iz sintetičkog plina, koji se dobiva iz biomase. Može se koristiti kao zamjena nafte u paljenju motora na iskru zbog visokog oktanskog broja. Baš kao i kod bioetanola, kod upotrebe ovog goriva trebali bi u obzir uzeti niski tlak isparavanja, nisku energiju gustoće i nekompatibilnost s materijalima u motoru. 10 – 20% biometanola pomiješanog s naftom može se koristiti u motorima bez potrebe za njihovom modifikacijom. Budući da biometanol gori nevidljivim plamenom i znatno je otrovan, treba prilikom uporabe poduzeti stroge mjere opreza.

  • DMF

    DMF ili dimetilformamid je organski spoj čija kemijska formula glasi (CH3)2NC(O)H. Ova bezbojna tekućina se može miješati s vodom i većinom organskih spojeva. Također se često koristi kao otopina u kemijskim reakcijama. Dobiva se procesom reakcije dimetil amina i ugljičnog monoksida pri niskom tlaku i temperaturi. Svoju upotrebu, osim kao gorivo, pronalazi u farmaciji, proizvodnji pesticida, sintetičkih vlakana i sličnih materijala. Smatra se kako DMF uzrokuje rak u ljudi te također neke mane prilikom rođenja.

  • HTU dizel

    HydroThermalUpgrading (HTU) je tehnologija pretvorbe biogoriva iz izvora kao što je mokra biomasa životinjskog podrijetla. Na temperaturi od 300 - 350 °C i visokom tlaku biomasa se pretvara u organsku tekućinu koja sadržava mješavinu ugljikovodika. Nakon procesa katalitičke hidrodeoksigenacije (HDO) može se proizvesti tekuće biogorivo, slično fosilnim gorivima. Za sada se ova tehnologija koristi samo u Nizozemskoj, gdje se i nalazi pokusni HTU pogon.

  • Fischer – Tropsch dizel

    Fischer – Tropsch proces je katalitička kemijska reakcija prilikom koje se ugljikov monoksid i vodik pretvaraju u tekući ugljikovodik različitih oblika. Pri tome se koriste tipični katalizatori kao željezo ili kobalt.Formula je: (2n+1)H2 + nCO → CnH(2n+2) + nH2O. Osnovni cilj ovog procesa je produkcija sintetičke zamjene nafti, prvenstveno od ugljena ili prirodnog plina, a da bi se upotrijebila kao sintetičko ulje za podmazivanje ili sintetičko gorivo.

  • Mješavine alkohola

    Sintetički plin, mješavina ugljikovog monoksida i vodika, može se proizvesti iz biomase kroz niz termalnih procesa, kao isparavanje. Katalitičkim reakcija se može pretvoriti u goriva, kao etanol i kemikalije velike vrijednosti, kao propanol i butanol. Trenutačni katalizatori za sintezu "mješanih alkohola" su proizvedeni za sintetički plin dobiven iz ugljena ili pare metana. Međutim, oni nisu baš najbolje rješenje te se pokušavaju proizvesti poboljšani katalizatori koji bi usavršili proizvodnju ove vrste biogoriva.

Utjecaj biogoriva

Biogoriva kao zamjena fosilnih goriva svakako nose sa sobom pozitivnu notu što se tiče utjecaja na okoliš jer za razliku od fosilnih goriva, koja malo po malo bivaju iskorištena, ona znatno reduciraju negativne posljedice koje nastaju upotrebom fosilnih goriva. No ukoliko uzmemo u obzir izvor za proizvodnju biogoriva, moramo se zapitati, jesu li ona zaista dobro rješenje za sveopće pučanstvo svijeta.

Hrana ili gorivo?
Hrana ili gorivo?
Naime, proizvodnja biogoriva je zapravo direktna pretvorba hrane u naftu, pa bi dodatna potražnja za nekim vrstama hrane mogla dići cijenu te hrane i tako izravno povećati rasprostranjenost gladi u svijetu jer veća cijena znači i manju dostupnost te hrane siromašnijim državama. Jean Ziegler, UN-ov specijalni izvjestitelj iz programa "Pravo na hranu" (Right to Food), izjavio je 2007 da će proizvodnja biogoriva povećati glad u svijetu, a svoju je izjavu potkrijepio činjenicom da je proizvodnja biogoriva pripomogla dizanju cijena nekih vrsta hrane na rekordne razine. Također je rekao da smatra legitimnim pravom država da proizvode biogoriva, ali smatra da "efekt pretvorbe stotina i stotina tisuća tona kukuruza, pšenice, grahorica i palminog ulja u gorivo je apsolutna katastrofa za gladne ljude".
Dodao je i da se cijena pšenice na svjetskoj razini udvostručila u zadnjih godinu dana, a cijena kukuruza se u istom periodu čak učetverostručila i time su siromašne države u Africi došle u situaciju da si više ne mogu priuštiti uvoz hrane. Na kraju je zaključio da je proizvodnja biogoriva zapravo zločin protiv čovječnosti. Utjecaj proizvodnje biogoriva na cijenu hrane možda je najbolje vidljiv u SAD-u. U SAD-u se poljoprivrednici sve više posvećuju proizvodnji kukuruza koji se kasnije pretvara u etanol, a povećana proizvodnja kukuruza znači smanjenju proizvodnju ostale hrane i dizanje cijene te hrane. Uz smanjenje proizvodnje ostalih žitarica usporedno se događa i nadmetanje proizvođača etanola i proizvođača mesa za kukuruz, pa se povećava i cijena kukuruza kojeg se zbog dobiti proizvodi sve više, a samim tim će se u budućnosti povećati cijena mesa.

Biogoriva se trenutno najviše proizvode od šećerne trske, kukuruza, soje i uljane repice, a istovremeno trenutno u svijetu postoji oko 850 milijuna ljudi koji nemaju dovoljno hrane. Kad se uzme u obzir trenutni trend pretvaranja hrane u gorivo u bogatim državama, lakše je shvatiti izjavu koju je jednom dao Jean Ziegler: „Svako dijete koje umre od gladi u današnjem svijetu zapravo je ubijeno dijete (2006)“ (Every child who dies of hunger in today's world has been murdered - 2006).

Zaključak

Na temelju svega dosad napisanog možemo zaključiti kako biogoriva nisu savršenstvo čiju upotrebu treba čim prije omogućiti, već treba sagledati i negativne strane koje ono sa sobom donosi. Naravno da u usporedbi s fosilnim gorivima, kojih ima sve manje i čije zalihe se bliže kraju, ona se čine kao rješenje. Ali je li zaista sve tako bajno?

Iz mišljenja različitih stručnjaka i provedenih istraživanja lako je zaključiti kako, unatoč brojnim prednosti biogoriva, ona ne smiju biti uzimana zdravo za gotovo, već se treba posvetiti drugim stranama, kao što je usavršavanje procesa proizvodnje biogoriva i uklanjanja njihovih štetnih posljedica. No je li to moguće? Znanstvenici se desetljećima bore kako bi donekle smanjili štetan utjecaj fosilnih goriva pa kako će se onda suočiti s ovom novom vrstom goriva koje je tek u razvoju i zapravo tek treba odrediti sve posljedice koje može imati njihova upotreba.

Što se svjetskog gospodarstva, a pogotovo siromašnih država tiče, mora se naći neko rješenje koje bi omogućilo da ako ne poboljšaju svoj položaj, barem ne potonu u još veću bijedu i siromaštvo. Jer to i donosi proizvodnja biogoriva, čiji temelj su organske tvari, a prvenstveno hrana u smislu žitarica, koje čine najveći udio u proizvodnji. Zbog već spomenutog porasta cijena hrane, pitanje je vremena kada će siromašno pučanstvo u nerazvijenim predjelima u potpunosti izumrijeti kao posljedica sve većeg porasta troškova osnovnih namirnica. Stoga se, barem za sada moramo složiti s već spomenutom izjavom kako je svako dijete koje umre od gladi u današnjem svijetu zapravo ubijeno dijete, a čemu će, po svemu sudeći, proizvodnja biogoriva još više pridonijeti.

 
Top ot the page!