Основни састав биогорива

Једно од многих решења која помажу у сузбијању глобалног загревања је проналазак алтернативних извора енергије. Соларни панели и ветротурбине могу подржати глобалне потребе за електричном енергијом, укључујући електричне аутомобиле, али садашње ослањање на фосилна горива за погон аутомобила, камиона, авиона, генератора и других мотора мора бити обратио. Биогориво као што је биодизел користи течно гориво створено од биљног материјала које може заменити сагоревање фосилних горива.

Фосилна горива потичу из нерафинисане нафте. Ова сирова нафта је супстанца настала из остатака биљног и животињског света која се милионима година налази под огромним притиском.

Три главне врсте фосилних горива су нафта, угаљ и природни гас, од којих се ниједан не може обновити. То значи да ће фосилна горива која постоје данас једног дана можда бити исцрпљена. Да би се припремили за појаву исцрпљивања фосилних горива, биогорива су створена и стварају се.

Биогорива су изведени из живог или недавно живог биљног материјала попут кукуруза или траве, вишегодишње траве која може нарасти од 8 до 10 стопа. Овај расути материјал назива се биомаса и сматра се обновљивим извором енергије јер се биљни материјал може поново израсти.

Сагоревањем фосилних горива настаје угљен-диоксид, а за овај додатни угљен-диоксид је одавно познато да повећава природни ефекат стаклене баште у атмосфери Земље.

Укратко, ефекат стаклене баште је сунчева енергија која долази до Земље, загрева је, а затим поново зрачи у атмосферу. Гасови стаклене баште попут угљен-диоксида или метана апсорбују ову енергију и део зрачења поново зраче на Земљу. То помаже загревању атмосфере на просечну глобалну температуру од око 16 степени Целзијуса (59 степени Фахренхеита), способну да одржи живот.

Фосилна горива убрзавају ефекат стаклене баште стављањем више угљен-диоксида у атмосферу, а то подиже температуру планете, ефекат познат као глобално загревање. Ова промена температуре може проузроковати климатске промене јер уобичајена Земљина клима постаје неуравнотежена.

Сагоревањем биогорива настају и угљен-диоксид, мале количине угљен-моноксида и друге честице баш као што то чине фосилна горива. Разлика није толико у садржају сагоревања, већ у томе што је биомаса, у њиховом недавном порасту, користила атмосферски угљен-диоксид током фотосинтезе.

Претпоставка је да сагорело биогориво замењује изворни угљен-диоксид усвојен фотосинтезом. Стога, биогорива сматрају се да имају нето емисију угљен-диоксида нула током њиховог животног века.

Фосилна горива се састоје од угљоводоника у ланчаном и ароматичном облику, али биогориво се састоје од угљоводоничних ланаца са повезаним групама кисеоника. Њихов хемијски састав може укључивати киселине, алкохоле и естре.

Биогориво је више транзициони приступ нултој емисији угљеника, јер сагоревање биомасе и даље производи угљен-диоксид, честице и са додатим кисеоником, чак могу створити токсине као што је формалдехид у сагоревању процес.

Биогориво има генерације. Прва генерација производње биогорива је гориво засновано на биљним културама попут кукуруза или шећерне трске. Друга генерација потиче из животињског или биљног отпада, а трећа генерација биогорива потиче из алги.

Постоје различите врсте биогорива, а многа се тренутно користе у мешавинама са фосилним горивима, бензином или дизелом. Испод су уобичајена биогорива која се тренутно користе и њихове дефиниције, састав и производња и употреба.

Основна дефиниција биодизела је гориво златне до тамно смеђе боје намењено замени за дизел. Састав биодизела су углавном триглицериди који су класификовани као естери. Естри се обрађују путем трансестерификације. Биолошка уља из биљних и животињских масти - то укључује искоришћена уља од кувања - реагују са кратколанчаним алкохолима и катализатором под загрејаним условима.

Транестерификација претвара естре, дуголанчане масне киселине у биодизел и глицерин. Иако је смеша, основна хемијска формула биодизела је Ц.₁₇Х.₃₄О.₂, са естарском групом –ЦО₂ЦХ₃ на крају дугог угљеничног ланца.

Биодизели се користе у моторима дизајнираним за дизел гориво. Биодизел производи мање сумпора у процесу сагоревања, али даје мање енергије од дизела на бази нафте. За употребу биодизела потребне су минималне модификације мотора; обично само уградња црева и заптивки од синтетичке гуме у систем горива јер биогориво разграђује природни каучук.

На ниским температурама, висока концентрација биогорива постаје превише вискозна за рад у мотору и не би била погодан за температуре ниже од 13 степени Целзијуса (55 степени Фахренхеита) јер може корозија на деловима мотора настају. Мешавине мање од 20 процената биогорива и 80 или више процената дизела заобилазе ову забринутост због вискозности.

Биодизел се може купити на одређеним бензинским пумпама и обично се дистрибуира као Б100, 100 процената биогорива или Б20, мешавина 20 процената биогорива и 80 процената дизела. Километаре се смањују изнад нивоа биодизела Б20. Ово смањење поништава сваки добитак који дизел има у односу на бензин, посебно када се путује великом брзином.

Основна дефиниција етанола је безбојна течност произведена природном ферментацијом шећера. Етанол се састоји од угљеника, водоника и хидроксидне групе, а потиче од кукуруза, шећерне репе и шећерне трске. Процес који се користи је ферментација. Економичнији је поступак млевења кукуруза у брашну конзистенцију пре ферментације.

После процеса ферментације, етанол се дестилује (пречишћава) до високе концентрације. Хемијска формула молекула етанола је Ц.₂Х.₅ОХ.

Етанол се може користити у моторима дизајнираним за бензин. Свако возило продато у Сједињеним Државама може да ради на мешавини од 10 процената етанола и 90 процената безоловног бензина. Већина бензина који се сада продаје меша се са етанолом.

Етанол помаже бензину да сагорева у потпуности; ово повећава принос енергије, али има потенцијал да допринесе више загађивача смога у животну средину.

Основна дефиниција метанола је безбојна течност дестилована из биљног материјала или оксидацијом метана. Метанол се састоји од угљеника, водоника и хидроксида. То је најједноставнији алкохол са хемијском формулом ЦХ₃ОХ. Метанол је јефтинији за производњу од етанола и може се добити из било ког биљног материјала или из депонијског гаса или емисије из електране.

Метанол се производи реакцијом синтезе угљен-моноксида и водоника. Ове компоненте могу настати сагоревањем угља, гаса или биомасе. Коришћење отпадног производа једног процеса, попут гасова од сагоревања угља, за почетне производе другог поступак, попут стварања метанола, је индустријска рециклажа и смањиће испуштање загађујућих материја у атмосфера.

Метанол се може користити у моторима на бензински погон. Предности употребе метанола као горива укључују мању количину токсина и честица изгарањем него бензин. До 15 процената метанола у запремини може се мешати у бензинске моторе без икаквих модификација мотора.

Иако је метанол знатно јефтинији, смањење километраже поништава исплативост. Такође је тешко уклонити воду из метанола, а то може нагризати црева и заптивке мотора.

Основна дефиниција биобутанола је безбојно течно гориво направљено од одређених биљака, углавном кукуруза. Основни састав бутанола чине угљеник, водоник и кисеоник. То је алкохол са четири угљеника (бутил алкохол) са хемијском формулом Ц.₄Х.₁₀О.

Биобутанол се првенствено добија ферментацијом сировине кукуруза. У ферментацији једноставних шећера из сировине производе се бутанол, етанол и ацетон. Одвајање ових нуспроизвода повећава трошкове производње, мада било која фабрика за прераду која производи етанол такође може да произведе и бутанол.

Биобутанол је мање корозиван и даје готово 25 процената више енергије од етанола и може се мешати са бензином како би се смањио ефекат стакленичких плинова. Пре транспорта бутанол се може мешати са бензином, док се етанол мора транспортовати одвојено и мешати на излазу за гориво.

Биобутанол даје мање енергије од бензина, али има знатно мање токсичних једињења при сагоревању. Сваки аутомобил који ради на бензин може да ради на мешавини биобутанола. Већина произвођача аутомобила прихватиће мешавину биобутанола са бензином до 15 процената, без модификација мотора.

Основна дефиниција биогорива алги је течно гориво светло зелене боје направљено од алги. Попут биљака, алге фотосинтезом претварају сунчеву светлост у енергију. Постоји преко 100 000 генетски разноликих сојева алги, од сићушних протозоа у барама до великих алги у океану.

Алге имају високу концентрацију липида или масних молекула који садрже уље. Ове липиде треба екстраховати и могу се претворити у биогориво. Постоји много врста алги, али општа хемијска формула биогорива алги је Ц.₁₀₆Х.₂₆₃О.₁₁₀Н.₁₆.

Хлорела и спирулина су погодније за биосинтезу од осталих алги, али генетски модификоване алге стварају организме са већим садржајем липида који би могли повећати принос енергије до 40 проценат.

Алге се могу гајити у великим отвореним барама или системима сличним базену. Системи затворене петље нису отворени за ваздух и мора се пумпати угљен-диоксид. Коришћење ЦО₂ из димњака могу рециклирати отпадни производ из једног процеса за гориво другог. Раст алги је богат, а производ се може сакупљати у просеку сваких пет дана.

Да би одвојили липиде, алге морају бити сув прах. Сушење алги често узима више енергије од енергије коју би гориво дало када се сагорева као употребљиво гориво. Развија се нова технологија која прескаче процес сушења и има алге у стању течне суспензије, док млазови растварача издвајају липиде.

Попут биљног уља, алге садрже липиде, а гориво од алги може се претворити у биодизел. Може се користити у било ком дизел мотору.

Могу се створити мешавине које се крећу од Б5, 5 посто биогорива у 95 посто дизела, до Б50, 50 посто биогорива и 50 посто дизела. Смеша Б30 била је нешто ефикаснија од дизел горива у једној студији, ау другим студијама ЦО₂ емисије су биле веће него код фосилних горива.

Као основа биогориву потребан је раст биљака. У свету са све већим бројем становништва - за које се очекује да ће до 2050. достићи 9,6 милијарди - коришћење плодне земље за узгој биљака за гориво можда није у најбољем интересу људи. Међутим, ако би се користила подручја оцрњеног земљишта, попут напуштених пољопривредних површина, то би умањило ову забринутост.

Од наведених биогорива, биодизел је најдемократскији. Потрошач би могао, уз јефтин старт-уп и простор, створити биогориво у свом дворишту. Искоришћено уље за јело могло се сакупљати из локалних ресторана, филтрирати и стављати у посуду за трансестерификацију.

Трошкови биогорива остају високи у поређењу са фосилним горивима. Међутим, то је и због државних субвенција за фосилна горива. Субвенције за фосилна горива у Сједињеним Државама могу бити величине билијуна долара годишње. Ако би се обновљива горива субвенционисала по овој стопи, производни трошкови могли би се смањити, а обновљива биогорива могла би се такмичити са фосилним горивима.