Composição Básica do Biocombustível

Uma das muitas soluções para ajudar a conter o aquecimento global é encontrar fontes alternativas de energia. Painéis solares e turbinas eólicas podem atender às necessidades globais de eletricidade, incluindo carros elétricos, mas o atual dependência de combustíveis fósseis para alimentar automóveis, caminhões, aviões, geradores e outros motores precisa ser endereçado. O biocombustível, como o biodiesel, usa um combustível líquido criado a partir de material vegetal que pode substituir a queima de combustíveis fósseis.

Combustíveis fósseis são derivados de petróleo não refinado. Este óleo cru é uma substância formada a partir de restos de vida vegetal e animal que foi mantida sob tremenda pressão por milhões de anos.

Os três principais tipos de combustíveis fósseis são petróleo, carvão e gás natural, nenhum dos quais renováveis. Isso significa que os combustíveis fósseis que existem hoje podem um dia se esgotar. Para se preparar para o advento do esgotamento dos combustíveis fósseis, os biocombustíveis foram e estão sendo criados.

Biocombustíveis são derivados de material vegetal vivo ou recentemente vivo, como milho ou switchgrass, uma grama perene que pode crescer de 2,5 a 3 metros de altura. Este material a granel é chamado de biomassa e é considerado uma fonte renovável de energia, uma vez que o material vegetal pode ser regenerado.

A queima de combustíveis fósseis produz dióxido de carbono, e esse dióxido de carbono extra é conhecido por aumentar o efeito estufa natural da atmosfera da Terra.

Resumidamente, o efeito estufa é a energia do sol que atinge a Terra, aquece-a e, em seguida, é re-irradiada para a atmosfera. Gases de efeito estufa, como dióxido de carbono ou metano, absorvem essa energia e irradiam parte dela de volta à Terra. Isso ajuda a aquecer a atmosfera a uma temperatura global média de cerca de 16 graus Celsius (59 graus Fahrenheit), capaz de manter a vida.

Combustíveis fósseis aceleram o efeito estufa colocando mais dióxido de carbono na atmosfera, e isso aumenta a temperatura do planeta, um efeito conhecido como aquecimento global. Esta mudança de temperatura pode causar mudanças climáticas à medida que o clima normal da Terra se torna desequilibrado.

A queima de biocombustíveis também produz dióxido de carbono, pequenas quantidades de monóxido de carbono e outras partículas, assim como os combustíveis fósseis. A diferença não está tanto no conteúdo da combustão, mas no fato de que a biomassa, em seu crescimento recente, utilizou o dióxido de carbono atmosférico durante a fotossíntese.

A suposição é que o biocombustível queimado substitui o dióxido de carbono original absorvido pela fotossíntese. Portanto, biocombustíveis são considerados para tem uma emissão líquida de dióxido de carbono de zero ao longo de sua vida.

Os combustíveis fósseis consistem em hidrocarbonetos nas formas em cadeia e aromática, mas o biocombustível consiste em cadeias de hidrocarbonetos com grupos de oxigênio ligados. Sua composição química pode incluir ácidos, álcoois e ésteres.

O biocombustível é mais uma abordagem de transição para emissões zero de carbono, uma vez que a combustão da biomassa ainda produz dióxido de carbono, partículas e com o oxigênio adicionado, podem até criar toxinas como o formaldeído na combustão processar.

O biocombustível tem gerações. A primeira geração de produção de biocombustíveis é o combustível baseado em plantações como milho ou cana-de-açúcar. A segunda geração é de resíduos animais ou vegetais, e o biocombustível de terceira geração é derivado de algas.

Existem diferentes tipos de biocombustíveis e muitos estão atualmente sendo usados ​​em misturas com os combustíveis fósseis, gasolina ou diesel. Abaixo estão os biocombustíveis comuns atualmente em uso e suas definições, composição, produção e usos.

A definição básica de biodiesel é um combustível de cor dourada a marrom escura, destinado a substituir o diesel. A composição do biodiesel é principalmente triglicerídeos, que são classificados como ésteres. Os ésteres são processados ​​por transesterificação. Óleos biológicos de gorduras vegetais e animais - incluindo óleos usados ​​na culinária - reagem com álcoois de cadeia curta e um catalisador sob condições de aquecimento.

A tranesterificação converte os ésteres, os ácidos graxos de cadeia longa, em biodiesel e glicerina. Embora seja uma mistura, a fórmula química básica do biodiesel é C₁₇H₃₄O₂, com o grupo éster –CO₂CH₃ no final da longa cadeia de carbono.

Os biodiesel são usados ​​em motores projetados para combustível diesel. O biodiesel produz menos enxofre no processo de combustão, mas fornece menos energia do que o diesel à base de petróleo. São necessárias modificações mínimas no motor para usar o biodiesel; normalmente, apenas a instalação de mangueiras de borracha sintética e vedações no sistema de combustível, pois o biocombustível degrada a borracha natural.

Em baixas temperaturas, uma alta concentração de biocombustível se torna muito viscosa para funcionar em um motor e não seria adequado para temperaturas abaixo de 13 graus Celsius (55 graus Fahrenheit), pois a corrosão das peças do motor pode ocorrer. Misturas de menos de 20% de biocombustível e 80% ou mais de diesel contornam essa preocupação com a viscosidade.

O biodiesel pode ser comprado em determinados postos de combustível e é comumente distribuído como B100, 100% biocombustível ou B20, uma mistura de 20% de biocombustível e 80% de diesel. A milhagem do gás diminui acima de uma classificação B20 de biodiesel. Essa diminuição anula qualquer ganho que o diesel tenha sobre a gasolina, especialmente ao viajar em velocidades mais altas.

A definição básica de etanol é um líquido incolor produzido pela fermentação natural de açúcares. O etanol é composto de carbono, hidrogênio e um grupo hidróxido, e é derivado do milho, da beterraba sacarina e da cana-de-açúcar. O processo utilizado é a fermentação. O processo mais econômico é moer o milho até a consistência de farinha antes de fermentar.

Após o processo de fermentação, o etanol é destilado (purificado) em alta concentração. A fórmula química para a molécula de etanol é C₂H₅OH.

O etanol pode ser usado em motores projetados para gasolina. Qualquer veículo vendido nos Estados Unidos pode funcionar com uma mistura de 10% de etanol e 90% de gasolina sem chumbo. A maior parte da gasolina vendida agora é misturada ao etanol.

O etanol ajuda a gasolina a queimar mais completamente; isso aumenta a produção de energia, mas tem o potencial de contribuir com mais poluentes do smog para o meio ambiente.

A definição básica de metanol é um líquido incolor destilado de material vegetal ou por oxidação de metano. O metanol consiste em carbono, hidrogênio e um hidróxido. É o mais simples dos álcoois com uma fórmula química CH₃OH. O metanol é menos caro de produzir do que o etanol e pode ser derivado de qualquer material vegetal ou de gases de aterro ou emissões de usinas elétricas.

O metanol é produzido através de uma reação de síntese de monóxido de carbono e hidrogênio. Esses componentes podem ser gerados a partir da queima de carvão, gás ou biomassa. Usar o produto residual de um processo, como os gases da queima do carvão, para os produtos iniciais de outro processo, como a criação de metanol, é a reciclagem industrial e irá reduzir o lançamento de poluentes no atmosfera.

O metanol pode ser usado em motores a gasolina. As vantagens de usar o metanol como combustível incluem um menor volume de toxinas e partículas da combustão do que a gasolina. Até 15 por cento do metanol por volume pode ser misturado em motores a gasolina sem qualquer modificação no motor.

Embora o metanol seja significativamente mais barato, a redução na milhagem do gás anula a eficácia de custo. Além disso, é difícil remover a água do metanol e isso pode corroer as mangueiras e vedações do motor.

A definição básica de biobutanol é um combustível líquido incolor feito de certas plantas, principalmente milho. A composição básica do butanol consiste em carbono, hidrogênio e oxigênio. É um álcool de quatro carbonos (álcool butílico) com uma fórmula química de C₄H₁₀O.

O biobutanol é derivado principalmente da fermentação da matéria-prima do milho. Na fermentação dos açúcares simples da matéria-prima, são produzidos butanol, etanol e acetona. A separação desses subprodutos aumenta o custo de produção, embora qualquer usina de processamento que produza etanol também possa produzir butanol.

O biobutanol é menos corrosivo e fornece quase 25% mais energia do que o etanol e pode ser misturado à gasolina para ajudar a reduzir os gases do efeito estufa. O butanol pode ser misturado à gasolina antes do transporte, enquanto o etanol deve ser transportado separadamente e misturado na saída do combustível.

O biobutanol fornece menos energia do que a gasolina, mas tem significativamente menos compostos tóxicos durante a combustão. Qualquer carro que funciona com gasolina pode funcionar com uma mistura de biobutanol. A maioria dos fabricantes de automóveis aceita uma mistura de biobutanol com gasolina em até 15%, sem modificações no motor.

A definição básica do biocombustível de algas é um combustível líquido verde claro feito de algas. Como as plantas, as algas convertem a luz do sol em energia por meio da fotossíntese. Existem mais de 100.000 variedades geneticamente diversas de algas, desde minúsculos protozoários em lagoas até grandes algas no oceano.

As algas têm uma alta concentração de lipídios ou moléculas gordurosas contendo óleo. Esses lipídios precisam ser extraídos e podem ser convertidos em biocombustível. Existem muitos tipos de algas, mas uma fórmula química geral de biocombustível de algas é C₁₀₆H₂₆₃O₁₁₀N₁₆.

A clorela e a espirulina são mais adequadas para a biossíntese do que outras algas, mas geneticamente modificadas algas cria organismos com um maior teor de lipídios que podem aumentar a produção de energia em até 40 por cento.

As algas podem ser cultivadas em grandes lagos abertos ou sistemas semelhantes a piscinas. Os sistemas de circuito fechado não são abertos ao ar e o dióxido de carbono deve ser bombeado. Usando CO₂ de chaminés pode reciclar produtos residuais de um processo para o combustível de outro. O crescimento das algas é abundante e o produto pode ser coletado em média a cada cinco dias.

Para separar os lipídios, as algas precisam ser um pó seco. Freqüentemente, a secagem de algas consome mais energia do que a energia que o combustível forneceria quando queimado como combustível utilizável. Está sendo desenvolvida uma nova tecnologia que dispensa o processo de secagem e mantém as algas em estado de suspensão líquida enquanto jatos de solvente extraem os lipídios.

Como o óleo vegetal, as algas contêm lipídios e o combustível das algas pode ser convertido em biodiesel. Pode ser usado em qualquer motor diesel.

Podem ser criadas misturas que variam de B5, um biocombustível de 5 por cento em 95 por cento de diesel, a B50, 50 por cento de biocombustível e 50 por cento de diesel. A mistura B30 foi ligeiramente mais eficiente do que o óleo diesel em um estudo, e em outros estudos, o CO₂ as emissões foram maiores do que para os combustíveis fósseis.

O biocombustível precisa do crescimento das plantas como base. Em um mundo de população cada vez maior - espera-se que chegue a 9,6 bilhões em 2050 -, usar terras férteis para cultivar plantas como combustível pode não ser do interesse dos humanos. No entanto, se áreas de terra denegrida fossem utilizadas, como fazendas abandonadas, isso compensaria essa preocupação.

Dos biocombustíveis listados, o biodiesel é o mais democrático. Um consumidor poderia, com uma start-up e espaço baratos, criar biocombustível em seu quintal. O óleo de cozinha usado pode ser coletado em restaurantes locais, filtrado e, em seguida, colocado em um recipiente para transesterificação.

O custo dos biocombustíveis continua alto quando comparado aos combustíveis fósseis. No entanto, isso também se deve aos subsídios do governo aos combustíveis fósseis. Os subsídios aos combustíveis fósseis nos Estados Unidos podem ser da ordem de trilhões de dólares por ano. Se os combustíveis renováveis ​​fossem subsidiados nessa taxa, os custos de produção poderiam ser reduzidos e os biocombustíveis renováveis ​​poderiam competir com os combustíveis fósseis.