Bioetanol je konvenční etanol získaný zpracováním rostlinných surovin pro použití jako biopalivo . Světová produkce bioetanolu v roce 2005 činila 36,3 miliard litrů, z toho 45 % pocházelo z Brazílie a 44,7 % ze Spojených států amerických . Ethanol se v Brazílii vyrábí převážně z cukrové třtiny , zatímco v USA se vyrábí z kukuřice . Výroba etanolu z třtiny je mnohem ekonomičtější než z kukuřice. Federální vláda USA poskytuje výrobcům etanolu daňový kredit (ale žádnou dotaci) až 0,51 USD na galon etanolu. Brazilský etanol je levný kvůli nízkým mzdám pro sběrače cukrové třtiny.
Spojené státy v srpnu 2005 přijaly „Energy Bill“ („ Zákon o energetické politice z roku 2005 “) a „Standard obnovitelných paliv“ („ Renewable Fuels Standard “). Do roku 2012 předpokládají roční produkci 30 miliard litrů etanolu z obilovin a 3,8 miliardy litrů z celulózy (stébla kukuřice, rýžová sláma, odpad z lesního průmyslu atd.).
V současnosti se většina bioetanolu vyrábí z kukuřice (USA) a cukrové třtiny (Brazílie). Surovinou pro výrobu bioetanolu mohou být i různé zemědělské plodiny s vysokým obsahem škrobu nebo cukru : maniok , brambory , cukrová řepa , batáty , čirok , ječmen atd.
Manioc má velký potenciál . Maniok je produkován ve velkém množství v Číně , Nigérii , Thajsku . Náklady na výrobu bioetanolu z manioku v Thajsku jsou asi 35 dolarů za barel ropného ekvivalentu .
Nejlepší klima pro produkci cukrové třtiny má Peru , karibské země . Velké množství cukrové třtiny může také produkovat Indonésie a některé africké země, jako je Mosambik .
Ethanol lze vyrábět ve velkém množství z celulózy . Surovinou mohou být různé zemědělské a lesnické odpady: pšeničná sláma, rýžová sláma, bagasa z cukrové třtiny , piliny atd.
Bolševník Sosnovského může sloužit jako surovina pro výrobu bioetanolu . Přibližně z hektaru bolševníku lze získat až 25 tisíc litrů bioetanolu. Pro srovnání, cukrová třtina a cukrová řepa vyprodukují 4 550 a 5 060 litrů bioetanolu na hektar. [jeden]
Od starověku známý způsob výroby etanolu je alkoholové kvašení organických produktů obsahujících sacharidy ( hrozny , ovoce atd.) působením enzymů kvasinek a bakterií . Podobně vypadá zpracování škrobu , brambor , rýže , kukuřice a tak dále. Tato reakce je poměrně komplikovaná, její schéma lze vyjádřit rovnicí:
C6H12O6 - > 2C2H5OH + 2CO2 _ _ _ _ _ _V důsledku fermentace se získá roztok neobsahující více než 15 % ethanolu, protože kvasinky obvykle hynou v koncentrovanějších roztocích. Takto získaný ethanol je třeba čistit a koncentrovat, obvykle destilací .
Průmyslová výroba lihu z biologických surovinModerní průmyslová technologie pro získávání ethylalkoholu z potravinářských surovin zahrnuje následující fáze:
Odpady z fermentační výroby jsou výpalky a tavné oleje . Bard se používá k výrobě krmiva.
Největšími producenty bioetanolu v USA jsou Archer Daniels Midland a Cargill .
Výroba hydrolýzyV průmyslovém měřítku se ethylalkohol získává ze surovin obsahujících celulózu ( dřevo , sláma ), která je předem hydrolyzována . Výsledná směs pentóz a hexóz se podrobí alkoholové fermentaci. V zemích západní Evropy a Ameriky tato technologie nebyla rozšířena, ale v SSSR (nyní v Rusku ) byl rozvinutý průmysl krmných hydrolyzačních kvasnic a hydrolýzy etanolu.
V roce 2008 činil podíl etanolu na světové spotřebě motorových paliv 5,4 %. Ve stejném roce pocházelo 89 % světové produkce etanolu ze Spojených států a Brazílie. [2]
Ethanol je méně "energeticky hustý" zdroj energie než benzín (pouze pro směsi s vysokým obsahem etanolu, viz Energetická účinnost etanolu níže); dojezd vozů na E85 (směs 85 % etanolu a 15 % benzínu; písmeno „E“ – z anglického Ethanol ) na jednotku objemu paliva je přibližně 75 % najetých kilometrů standardních vozů. Konvenční automobilové spalovací motory nemohou běžet na E85, ačkoli fungují dobře na E10 . Na "skutečný" etanol pouze tzv. stroje " Flex-Fuel " (auto s vícepalivovým motorem). Tato vozidla mohou také jezdit na běžný benzin (stále je vyžadován malý přídavek etanolu) nebo na libovolnou směs obou. Brazílie je lídrem ve výrobě a využití bioetanolu z cukrové třtiny jako paliva. Čerpací stanice v Brazílii nabízejí výběr buď E20 (někdy E25) pod rouškou běžného benzinu, nebo „ acool “ E100 , ethanolový azeotrop (96 % C 2 H 5 OH a 4 % (hmotnostně) vody). Bezohlední tankisté využívají toho, že etanol je levnější než benzín, ředí E20 azeotropem, takže jeho koncentrace může tiše dosáhnout až 40 %. Na Flex-fuel je možné přestavět obyčejné auto, ale ekonomicky to není proveditelné.
Kritici výroby bioetanolu tvrdí, že tropické pralesy jsou často káceny kvůli třtinovým plantážím k výrobě bioetanolu. I když plantáže cukrové třtiny nejsou primárním cílem dřevorubců. Tropické pralesy jsou nezákonně káceny kvůli dřevu. Pokud nelegální producenti dřeva vykácejí pozemek, pak po jejich opuštění pozemek obsadí zemědělci na pastvu. Po 3-4 letech se na tomto místě zastaví pastva dobytka a místo je obsazeno farmáři pro produkci sóji a dalších plodin.
Výroba etanolu z kukuřice v USA je 5-6krát méně efektivní než jeho výroba z cukrové třtiny v Brazílii. Nedávno byla v jižních státech USA zahájena výroba celulózového etanolu, pro který se pěstuje čirok sladký [2] .
V roce 2004 přijala Ruská federace GOST R 52201-2004 pro motorová paliva obsahující alkohol („benzanoly“) s obsahem etanolu 5–10 %. Od roku 2006 vstoupily v platnost novely zákona „O státní regulaci výroby a obratu etylalkoholu, alkoholických výrobků a výrobků obsahujících alkohol“ a kapitoly „Spotřební daně“ daňového řádu Ruské federace. V důsledku změn je benzin obsahující více než 1,5 % alkoholu uznán jako výrobek obsahující alkohol se všemi z toho vyplývajícími důsledky: jeho výroba a prodej podléhají licenčním a zvláštním kontrolám ze strany finančních úřadů. [3]
V roce 2018 byl přijat zákon upravující výrobu a oběh bioetanolu, jehož cílem je vyjmout výrobu a oběh automobilových benzinů vyrobených s přídavkem lihu ze zákona o státní regulaci výroby a oběhu lihu z roku 2006. [čtyři]
E5, E7, E10 - směsi s nízkým obsahem etanolu (5, 7 a 10 hmotnostních procent), dnes nejběžnější. V těchto případech přidání etanolu nejen šetří benzín jeho výměnou, ale také odstraňuje škodlivé okysličující aditivum MTBE .
E85 - směs 85% etanolu a 15% benzínu . Standardní palivo pro tzv. " Flex-Fuel " stroje, distribuované hlavně v Brazílii a Spojených státech, a v menší míře - v jiných zemích. Díky nižší energetické hustotě se prodává levněji než benzín.
ED95 je směs 95% etanolu a 5% aditiva do paliva. Scania začala vyvíjet naftový autobusový motor s 95% etanolem v polovině 80. let 20. století . Byl vytvořen testovací program pro městské autobusy s motory na 95% etanol - "BEST" (" BioEthanol for Sustainable Transport ").
E100 je formálně 100% etanol, ale vzhledem k tomu, že etanol je hygroskopický , je jeho výroba a použití bez zbytkové koncentrace vody nerentabilní. Proto ve většině případů E100 znamená standardní azeotropní směs ethanolu (96 % C2H5OH a 4 % vody (hmotnostně); 96,5 % a 3,5 % v objemových procentech). Konvenční destilací není možné získat vyšší koncentraci ethanolu.
Podrobná nomenklatura směsí etanolu a benzínu používaných jako palivo v různých zemích a vozidlech je popsána v článku Ethanol palivové směsi na anglické Wikipedii .
V prosinci 2007 zveřejnily University of North Dakota a Minnesota Center for Automotive Research (MnCAR) výsledky studie o energetické účinnosti bioetanolu v silniční dopravě [5] . Studie se zúčastnily jak běžné vozy, tak vozy s motory „ Flex-fuel “. Byly studovány směsi od 2% do 85% obsahu etanolu v benzínu .
Pro běžné vozy se jako optimální ukázala směs E30 . Spotřeba paliva se oproti benzínu snížila o 1 %. Výsledek byl získán na vozech " Toyota Camry " a " Ford Fusion ".
Pro vozy „ flex-fuel “ se jako optimální ukázala směs E20 . Spotřeba paliva se oproti benzínu snížila o 15 %. Výsledek byl získán na modelu „ flex-fuel “ „ Chevrolet Impala “.
V roce 2006 ve své zprávě Ministerstvo zemědělství USA (USDA) uvedlo , že náklady na výrobu bioetanolu ve Spojených státech jsou asi 0,3 USD za litr, v Brazílii - 0,19-0,2 USD, v Evropě - 0,5 USD [6] . Na začátku roku 2008 byla tržní cena 1 litru etanolu: v USA - 0,43 USD (benzín - 0,55 USD), v Brazílii - 0,4 USD, v Evropě - 0,72 USD (benzín - 1,5 USD) [7] .
V Brazílii se bagasa z cukrové třtiny používá jako palivo v elektrárnách . To umožňuje zvýšit palivovou bilanci etanolu vyrobeného z cukrové třtiny až o 8 % .
Použití bioetanolu jako paliva snižuje emise oxidu uhličitého, skleníkového plynu . Snížení emisí oxidu uhličitého z používání bioetanolu závisí na použitém rostlinném materiálu, klimatickém pásmu a režijních nákladech na jeho pěstování, dopravu a zpracování, neboť tyto procesy využívají fosilní paliva (agrotechnické práce, sušení obilí ke skladování, výroba hnojiva pro obnovu úrodnosti půdy, rektifikaci alkoholu a zpracování odpadu). Snížení emisí CO2 z výroby etanolu na bázi obilí ve Spojených státech dosáhlo v roce 2007 v průměru 19 % a odhaduje se, že 28-32 % snížení CO2 by bylo možné dosáhnout modernizací výroby alkoholu pouze na zemní plyn. Maximálního snížení emisí CO 2 lze dosáhnout při výrobě etanolu z odpadu obsahujícího celulózu (např. odpad z lesního průmyslu, 52 %) jako zdroje celulózy i paliva při výrobě alkoholu; Teoretického maximálního snížení emisí - 82 % - lze dosáhnout při výrobě etanolu z celulózové biomasy prosa Panicum virgatum , ale taková produkce v současnosti (2011) chybí [8] .
Hlavním problémem výroby bioetanolu z komerčních zemědělských produktů, především z obilí, je snižování podílu půdy zabírané produkcí pícnin a potravinářských plodin a v důsledku toho růst cen potravin. Podle odhadů Rozpočtového výboru Kongresu USA tak příspěvek růstu využití obilí k výrobě etanolu na zvýšení cen potravin v roce 2008 činil 35 % [9] .
Kyslík obsažený v etanolu umožňuje dokonalejší spalování palivových uhlovodíků. 10% obsah etanolu v benzínu snižuje emise pevných částic až o 50 %, emise CO o 30 %.
V roce 2006 snížilo používání etanolu ve Spojených státech emise asi o 8 milionů tun skleníkových plynů (v ekvivalentu CO 2 ), což se přibližně rovná ročním emisím 1,21 milionu automobilů.
Na začátku roku 2007 mělo 15 % automobilů v Brazílii motory na flex-fuel .
V roce 2007 byly v Brazílii prodány 2 miliony nových vozidel na biopaliva, což představuje 85,6 % brazilského trhu nových automobilů. V roce 2003 se v Brazílii prodalo 48 000 vozidel na biopaliva, což představuje 4 % automobilového trhu.
V poslední době se rozšířily motory Flexifuel od Fordu . V roce 2007 se v Evropě prodalo přibližně 17 500 Flexifuel .
| Hlavní druhy organických paliv | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fosilní |
| ||||||||
| Obnovitelné a biologické | |||||||||
| umělý | |||||||||