Uvod u Biotehnologiju
Uvod u Biotehnologiju
Sadraj1.UVOD32.BIOGORIVA43.BIOMASA64.UTICAJ NA OKOLINU85.VRSTA
BIOMASA96.PRETVARANJE BIOMASE U GORIVO107.VRSTE BIOGORIVA127.1.PRVA
GENERACIJA
BIOGORIVA127.1.1.Bioalkoholi127.1.2.Bioetanol127.1.3.Biodizel147.1.4.Biljno
ulje167.1.5.Bioplin / biogas167.2.DRUGA GENERACIJA
BIOGORIVA187.2.1.Biohidrogen197.2.2.Bio
DME207.2.3.Biometanol207.2.4.DMF217.2.5.HTU dizel217.2.6.Fischer
Tropsch dizel227.2.7.Mjeavine alkohola237.3.TREA GENERACIJA
BIOGORIVA247.3.1Biogoriva od algi248.BIODIZEL EKOLOKO GORIVO 21
VIJEKA278.1Uljana repica308.2.Recept za pravljenje
biodizela338.3.Transesterifikacija ulja u biodizel368.3.1.Bazno
katalizirana transesterfikacija368.3.2.Kiselo katalizirana
transesterfikacija378.3.3.Nekatalizirana
transesterifikacija388.3.4.Enzimatski katalizirana
transesterifikacija398.4.Biodizel kao biolo
ulje419.BIOETANOL429.1Proizvodnja bioetanola429.2.Koje su prednosti
proizvodnje bioetanola.459.3.KARAKTERISTIKE BIOETANOLA KAO
GORIVA469.3.1Karakateristike istog etanola4610.BIOPLIN5010.1.Neto
vie o anaerobnoj digestiji (AD)5310.1.1.Supstrati
AD5410.1.2.Biohemijski postupak
AD5410.1.3.Hidroliza5510.1.4.Acidogeneza5610.1.5.Acetogeneza5610.1.6.Metanogeneza5610.2.Osnovne
primjene bioplina5710.3.Osobine bioplina5810.4.Direktno
sagorjevanje i upotreba bioplina za proizvodnjutoplinske
energije5910.5.Bioplin kao transportno
gorivo5911.ZAKLJUAK6012.LITERATURA62
1.UVOD
Pojam biogoriva je veoma star. Rudol Diesel je veinu svog rada
bazirao na istaivanju biodizela i pokretanju svog motora sa
biodizelom. 1900 godine u Parizu je pokazao svoj motor koji je
radio na ulju od kikirija. To je trebala biti prekretnica u
proizvodnji goriva za automobile. Ali se to nije desilo, veoma mala
koliina maina koje su pokretane motorima na gorivo, njihova cijena
i trenutno neistrone rezerve fosilnih goriva potisnule su ideju o
proizvodnji biogoriva.Ideja se ponovo javila 70 godina proslog
stoljea,kada su ljudi postali svjesni zagaenja koje uzrokuju,
moguoj nestaici goriva i eksponencijalnoj rasti broja automobila
koji se tada javio.Sutinski biogoriva su trebala da budu lako
pristupana goriva, nekodljiva po okolinu i da predstavljaju
neiscrpan obnovljivi izvor goriva.Meutim dolo se do kontradiktornih
rezultata, prizvodnja biogoriva nije jeftina i nije tako lako
dostupna, barem ne na utrb neega drugog, a to je izvor hrane za
ljude. Nisu ekoloka kako se mislilo, jer se koriste velike koliine
energije za samu proizvodnju iz ostataka hrane.Da bi se proizvodilo
gorivo potrebna je biomasa, ukoliko se koriste ostatci hrane,
prinos goriva je daleko manji. Ako koristimo cijelu biomasu usjeva
a ne samo ostatke koliina goriva koju proizvedemo daleko je vea.
Time stvaramo problem nedostatka hrane iako je imamo dovoljno.
Veliki dijelovi obradive zemlje bi se koristilo za proizvodnju
usjeva od kojih bi proizvodili gorivo. Dolazi se u iskuenje za
proizvodnjim GMO hrane za proizvodnju goriva, GMO bi bila
nekodljiva za tu upotrebu, ali ne bi se moglo sprijeiti njeno
irenje i ukravanje sa ne modificiranom hranom.Tu su i ekonomski
razlozi, cijena hrane bi porasla kako bi nestajali izvori fosilnih
goriva. Dovelo bi do jo veeg raslojavanja drutva i do
monopolizacije obradivog zemljita.Kako se danas vode ratovi za
naftu tako bi se u skoroj budunosti mogao voditi rat za odradivu
zemlju i vodu.
2.BIOGORIVABiogoriva su goriva koja se dobivaju preradom
biomase. Njihova energija je dobivena fiksacijom ugljika, tj.
redukcijom ugljika iz zraka u organske spojeve. Za razliku od
ugljika koji oslobaaju fosilna goriva mijenjajui klimatske uvjete
na Zemlji, ugljik u biogorivima dolazi iz atmosfere, odakle ga
biljke uzimaju tokom rasta. Slika 1.Fiksacija ugljik dioksida iz
atmosfere.Iako su fosilna goriva dobivena fiksacijom ugljika, ne
smatraju se biogorivima jer sadre ugljik koji se ne izmjenjuje u
prirodi ve dugo vremena. Biogoriva postaju popularna zbog rasta
cijena nafte, potrebe za sigurnijom nabavkom energije, zabrinutosti
zbog tetnih emisija staklenikih plinova ... 2010. godine svjetska
proizvodnja biogoriva dosegla je 105 milijardi litara, s porastom
od 17% u odnosu na 2009. godinu. U saobraaju ona zauzimaju 2,7%, s
najveim udjelom bioetanola i biodizela. Svjetska proizvodnja
bioetanola je dosegla 86 milijardi litara, a najvei proizvoai su
Sjedinjene Amerike Drave i Brazil (zauzimaju 90% svjetske
proizvodnje). Najvei proizvoai biodizela su zemlje Europske unije s
ueem od 53% u svjetskoj proizvodnji. Prema podacima Internacionalne
energetske agencije (International Energy Agency), do 2050. godine
biogoriva mogu zadovoljiti etvrtinu svjetske potrebe za gorivima u
saobraaju. Globalno, biogoriva se najee koriste za prevoz i u
kuanstvu. Veina goriva za prevozna sredstva su tekuine jer vozila
zahtijevaju veliku gustou energije, kao to je ona koja je sadrana u
tekuinama i rudama. Veliku gustou energije najlake i najefikasnije
je dobiti motorom s unutarnjim sagorjevanjem, a on zahtijeva da
gorivo bude isto. Goriva koja najlake izgaraju su tena i plinovita
(mogu se ukapljivati), praktina su za prijenos i izgaraju isto (bez
vrstih produkata).
3.BIOMASA
Biomasa (eng. biomass, njem. Biomasse) odnosi se na ivuu ili
donedavno ivuu materiju, biljnog ili ivotinjskog porijekla, koja se
moe koristiti kao gorivo ili za industrijsku proizvodnju. Najee se
koristi direktno u konanoj potronji energije za grijanje, kuhanje
ili zagrijavanje tople vode, ali se moe koristiti i za proizvodnju
elektrine energije i topline, te se odnedavno sve vie koristi za
proizvodnju biogoriva. Takoer moe se koristiti u industriji za
proizvodnju vlakana i hemikalija. Biomasa je obnovljivi izvor
energije, a openito se moe podijeliti na drvnu, nedrvnu i
ivotinjski otpad, unutar ega se mogu razlikovati: Drvna biomasa
Ostaci i otpad nastao pri piljenju, bruenju, blanjanju, esto je to
otpad koji optereuje poslovanje drvno-preraivake firme Slui kao
gorivo u vlastitim kotlovnicama, sirovina za proizvode, brikete,
pelete Jeftinije je i kvalitetnije gorivo od umske biomase
Ostaci i otpaci iz poljoprivrede Slama, kukuruzovina, stabljike,
kotice, ljuske, To je heterogena biomasa razliitih svojstava Ima
nisku ogrjevnu vrijednost zbog visokog udjela vlage i razliitih
primjesa Prerauje se presanjem, baliranjem.
ivotinjski otpad i ostaci Anaerobna fermentacija (izmet sve
vrste ivotinja + zelena masa) Spaljivanjem (stelja, leine
peradarske farme) Biogas (60% metana, 35% CO2 te 5% smjese vodika,
azota, amonijaka, sumporvodika, CO, kisika i vodene pare)
Biomasa iz otpada Zelena frakcija kunog otpada Biomasa iz
parkova i vrtova s urbanih povrina Mulj iz kolektora otpadnih
voda
Slika 2. Izvori biomase.Najee se koristi drvna masa koja je
nastala kao sporedni proizvod ili otpad te ostaci koji se ne mogu
vie iskoristiti. Takva se biomasa koristi kao gorivo u
postrojenjima za proizvodnju elektrine i toplotne energije ili se
prerauje u plinovita i tekua goriva za primjenu u automobilima i
kuanstvima.Biomasa ne ukljuuje organske tvari koje su promijenjene
raznim geolokim procesima u tvari poput nafte i ugljena.
4.UTICAJ NA OKOLINUBiomasa je dio zatvorenog ugljinog kruga.
Ugljik iz atmosfere se pohranjuje u biljke, prilikom spaljivanja
ugljik se ponovno oslobaa u atmosferu kao ugljik dioksid (CO2). Dok
god se potuje princip obnovljivog razvoja (zasadi se onoliko drvea
koliko se posijee) ovaj oblik dobivanja energije nema znaajnog
uticaja na okolinu.Biomasa se smatra obnovljivim izvorom energije i
esto se naziva ugljikovo neutralno gorivo, no ono ipak moe
doprinjeti globalnom zagrijavanju. To se dogaa kad se poremeti
ravnotea sjee i saenja drvea, na primjer kod krenja uma ili
urbanizacije zelenih povrina. Kada se biomasa koristi kao gorivo
umjesto fosilnih goriva ono isputa jednaku koliinu CO2 u atmosferu.
Ugljik iz biomase koji sainjava otprilike pedeset posto njene mase
je ve dio atmosferskog ugljikovog kruga. Biomasa apsorbira CO2
tokom svog ivotnog ciklusa te ga isputa natrag u atmosferu kad se
koristi za dobivanje energije. Kod fosilnih goriva je to drugaije
jer se kod njih ugljik izdvaja iz dugotrajnih spremnika, u kojem bi
inae bio zauvijek zarobljen, i isputa u atmosferu.
5.VRSTA BIOMASA
vrsta biomasa ukljuuje drvo, poljoprivredne te ostale organske
nusproizvode i otpad.Kruta biomasa se moe spaljivati i tako se iz
nje moe dobiti toplotna energija za grijanje ili proizvodnju
elektrine energije, a moe se raznim postupcima pretvoriti u
biogoriva ili biogas te se kao takva koristiti za dobivanje
energije.Neki postupci prerade i upotrebe biomase: kompostiranje (u
svrhu dobijanja gnojiva) anaerobna digestija (biomasa truhne u
svrhu dobivanja metana i taloga koji se koristi kao gnojivo)
fermentacija i destilacija (za dobivanje etilnog alkohola)
destruktivna destilacija (proizvodi metilni alkohol iz otpada
bogatih celulozom) piroliza (zagrijavanje organskog otpada bez
prisustva zraka u svrhu proizvodnje zapaljivog plina i ugljena)
spaljivanje u svrhu dobivanja topline i elektrine energije
graevinski materijali biorazgradive plastike i papir (koritenje
celuloznih vlakana)
6.PRETVARANJE BIOMASE U GORIVOZa dobivanje upotrebljivog goriva
koriste se razliite tehnologije i razliite sirovine.Od biljaka koje
imaju znatan postotak ulja dobiva se biodizel. Od sirovine koje
imaju znatan postotak eera proizvodi se etanol uz pomo kvaevih
gljivica i naknadnim rafiniranjem. Ovakav etanol dobiven od biljnih
sirovina sve ee se zove bioetanol, kako bi se razlikovao od etanola
dobivenog sintetskim putem. Celuloza se najvie koristi za dobivanje
papira a moe se koristiti i za proizvodnju bioetanola, tj. etilnog
akohola. Bioetanol se moe proizvesti i iz celuloze kao sloenog
eera. Pri ovome celuloza se najprije uz pomo kiselina ili baza
razlae na jednostavne eere, a nakon toga se pretvara u bioetanol,
tj etilni alkohol. Kao izvor celuloze najee se koristi drvo,
jednogodinje biljke, slama od itarica, a moe se koristiti i stajsko
gnojivo. Stajsko gnojivo se najee koristi kao sirovina za dobivanje
bioplina metana, a isprano moe se koristiti za dobivanje celuloze,
to koriste neke tvornice papira i celuloze na Novom Zelandu . Kod
dobivanja celuloze iz stajskog gnojiva problem je veliki postotak
vode, amonijaka, hemiceluloze, lignina, humusa i ostalih neistoa to
poskupljuje transportne trokove do tvornica celuloze.Uticajem
amonijaka hemiceluloza i lignin su djelomino otopljeni pa ih je
mogue isprati, ali za to je potrebno mnogo vode. Oba problema se
mogu rijeiti uz pomo mobilnog ureaja za ispiranje stajskog gnojiva
koji viekratno koristi istu vodu, ime se tedi voda, pri emu voda
postaje sve prljavija i prljavija, a gnojivo sve istije i istije.
Ureaj je mogue postaviti na svaku farmu pa se smanjuju i
transportni trokovi. umski otpad najee se koristi samo kao sirovina
za proizvodnju bioplina metana, odnosno otpaci od drveta se koriste
za proizvodnju nakon provedene suhe destilacije briketa, ili
drvenoga uglja.
Slika 3. Izgaranje biomase, pretvaranje biomase u gorivo.
7.VRSTE BIOGORIVA
7.1.PRVA GENERACIJA BIOGORIVAPrva generacija biogoriva su
biogoriva sastavljena od eera, kroba, biljnog ulja i ivotinjskih
masti, koritenjem konvencionalnih tehnologija. Osnovne sirovine za
proizvodnju biogoriva prve generacije esto su itarice poput penice
koje daju krob, zatim fermentacijom prelazi u bioetanol. Koritenjem
suncokretovih sjemenki se dobiva biodizel.7.1.1.Bioalkoholi Bioloki
proizvedeni alkoholi, najee etanol, rijetko propanol i butanol,
dobivaju se radom mikroorganizama i enzima - fermentacijom eera ili
kroba (najlake), ili celuloze (tee).7.1.2.BioetanolBioetanol
predstavlja alternativu benzinu. U SAD-u se uglavnom dobiva iz
kukuruza gdje etanolske smjese ine oko 9% ukupne godinje prodaje
benzina. Pretpostavlja se kako su amerika vozila od 1979. godine do
danas prela priblino 3 milijarde kilometara koristei etanolske
smjese. Veina dananjih automobila moe voziti na mjeavine s 15%
bioetanola i ostatkom benzina. Etanol ima manju gustou energije od
benzina, tj. potrebna je vea masa bioetanola da bi se proizveo isti
rad. Prednost etanola (CH3CH2OH) je vei oktanski broj to omoguava
vei kompresijski omjer motora za poveanu termiku efikasnost. U
Brazilu, koji je i vodea zemlja u svijetu u proizvodnji i primjeni
etanola za vozila, bioetanol se dobiva iz eerne trske. Oko 15%
brazilskih vozila se kree na isti etanol dok preostala koriste
dvadesetpostotnu smjesu s benzinom. Bioetanol se moe dobivati i od
ostalih itarica kao to su penica i jeam te od krompira.
Postoji niz naina za proizvodnju bioetanola, a glavni je
dry-mill metodom, koja se provodi kroz nekoliko faza:1. Kukuruz ili
neka druga itarica se melje i dobija se prah2. Mjeavina sastavljena
od tog itnog praha, vode i enzima ulazi u visokotemperaturnu pe
gdje se pretvara u tekue stanje. Tom procesu potpomae enzim koji
otapa spojeve koje sadri preraena itarica.3. Tekuina je ohlaena i
mijea se s drugim enzimom. Taj enzim pretvara krob u eer, koji
kasnije fermentira i pretvara se u alkohol.4. U eernu mjeavinu se
dodaje kvasac pri emu zapoinje proces fermentacije. eer se otapa na
etanol i ugljik dioksid.5. Nakon fermentacije iz mjeavine se odvaja
etanol.6. Od odvojenog etanola se procesom dehidracije uklanja
voda.7. U etanol se dodaje mala koliina benzina da bi ga se uinilo
nepitkim.U proizvodnji i upotrebi bioetanola dobivenog iz celuloze
emitira se 0,22 kg/l CO2, a kod benzina 2,45 kg/l to je 91% vie.
Bioetanol dobiven iz kukuruza emitira 1,94 kg/l CO2 (22% manje od
benzina), a onaj dobiven iz eerne trske 1,07% (56% manje od
benzina). Cijena benzina je bila za 1.2 puta vea nego cijena
etanola dobivenog iz kukuruza. Brazil konkurira SAD-u u proizvodnji
etanola zahvaljujui eernoj trski, koja daje od 5700 do 7600 litara
po hektaru, dvostruko vie od kukuruza. Stabljike sadre 20% eera
koji fermentira u alkohol, a otpad se moe koristiti kao gorivo za
pogon destilacije, smanjujui upotrebu fosilnih goriva. Viegodinje
trave poput prerijske trave rastu na tlima nepogodnima za druge
kulture, i mogle bi zadovoljiti do 13% svjetskih potreba za naftom,
ako se razvije uinkovit postupak pretvaranja celuloze u alkohol.
Energija fosilnih goriva potroena u proizvodnju etanola iz kukuruza
i dobijena energija proizvedenog etanola odnose se kao 1 : 1,3.
Energija fosilnih goriva potroena na proizvodnju etanola iz eerne
trske i energije dobivenog etanola odnose se kao 1:8, a za
proizvodnju etanola iz celuloze i energija dobivenog etanola kao 1
prema 2 ili do 36, ovisno o metodi proizvodnje.Za proizvodnju
metanola mogu se koristiti sirovine s visokim udjelom celuloze, kao
to je drvo i neki ostaci iz poljoprivrede. Tehnologija se razlikuje
od one za proizvodnju etanola. U prvoj se sirovina konvertira u
gasoviti meuproizvod iz kojeg se sintetizira metanol. Faza sinteze
metanola je dobro poznata i komercijalno dokazana, dok je faza
rasplinjavanja jo u razvoju. Takva istraivanja se provode u
zemljama s velikim drvnim potencijalom kao to su vedska i Brazil.
Po mnogim su osobinama etanol i metanol vrlo slini benzinu. Za
dodavanje do 20% etanola u benzin, nisu potrebne nikakve prerade ni
zahvati na motoru, dok za vee udjele ili za pogon samo na etanol,
treba djelomino modificirati motor to poskupljuje cijenu takvih
vozila za oko 5 do 10%. Slino kao etanol, metanol se moe koristiti
kao dodatak benzinu ili kao posebno gorivo. Zbog poneto drugaijeg
naina izgaranja nego benzin, mogu se pojaviti odreene potekoe koje
se rjeavaju dodavanjem odreenih tvari. Butanol (C4H9OH) dobiva se
ABE fermentacijom (aceton, butanol, etanol) i eksperimentalne
modifikacije procesa pokazuju potencijalno visoke dobitke energije
s butanolom kao jedinim tekuim produktom. Butanol e davati vie
energije i navodno moe izgarati izravno u sadanjim benzinskim
motorima (bez modifikacija na konstrukciji), manje je korozivan i
manje topiv u vodi od etanola.7.1.3.Biodizel
U nekim zemljama, biodizel je jeftiniji od konvencionalnog
dizela.Biodizel (metilni ester repiinog ulja) je gorivo za motorna
vozila koje se dobiva od ulja uljane repice ili recikliranog
otpadnog jestivog ulja. Sirovine biodizela su masti ivotinjskog
porjekla, biljna ulja, soja, goruica (senf), suncokret, palmino
ulje, alge, itd. Biodizel je najee biogorivo u Europi. Biorazgradiv
je i nije opasan za okolinu. Dok hektar kukuruza daje oko 2500
litara etanola godinje, hektar soje oko 560 litara biodizela, svaki
hektar algi u teoriji moe dati vie od 45 000 litara biogoriva
godinje. Kukuruz ili soja daju urod jednom godinje, a alge se mogu
ubrati svaki dan. Kemijsko modificiranje biljnog ulja za
proizvodnju biodizela troi manje energije nego destiliranje
kukuruza u etanol, no problem je postotak iskoritenosti i visoka
cijena. Njemaka je vodei svjetski proizvoa koji koristi ulje
krstaica. U nekim zemljama Europske Unije, biodizel je u odreenom
postotku ve zastupljen u gorivima, te takoer neka vozila ve mogu
voziti na 100%-tni biodizel. Dobiva se kroz proces esterifikacije,
tako to biljno ulje reagira s metanolom i natrijevim hidroksidom
kao katalizatorom, te nastaje ester masnih kiselina zajedno s
ostalim nusproduktima: glicerolom, gliceridskim talogom i sapunom.
Ulja se mjeaju sa natrijevim hidroksidom i metanolom te iz hemijske
reakcije nastaje biodizel i glicerol. Jedan dio glicerola je
proizveden za svakih deset dijelova biodizela. isti biodizel
(B100), ima daleko najmanje tetne emisije meu dizelskim gorivima.
B100 moe postati viskozniji pri niim temperaturama, a to zavisi od
sirovine iz koje je dobiven. U nekim zemljama proizvoai automobila
ak daju garanciju za koritenje biodizela u njihovim motorima. Veina
dananjih vozila imaju motore koji se ne moraju prepravljati za
upotrebu biodizela. Budui da je biodizel dobro otapalo i isti
ostatke mineralnog dizela, filteri motora se moraju ee mijenjati
jer biodizel otapa ostatke u rezervoaru goriva i cijevima. Takoer
isti i komoru za izgaranje od ostataka ugljika i poveava
djelotvornost. Biodizel ima reduciranu koliinu ugljika te poveanu
koliinu vodika i kisika, to znai da pri izgaranju nastaje manje
estica nasagorenog ugljika. Iako isti likveficirani gas i vodik
imaju ie izgaranje, oni se koriste kod puno manje uinkovitih
benzinskih motora i nisu lako dostupni. Biodizel je siguran za
koritenje i transport jer je biorazgradiv, 10 puta manje otrovan od
kuhinjske soli i izgara na relativno visokoj temperaturi (148C).
Pripada grupi srednje dugih, C16-C18 lananih masnih kiselina. Te
molekule pokazuju slinost s molekulama mineralnog dizelskog goriva.
Kod proizvodnje i upotrebe, emitira se 0,89 kg/l CO2, a kod
mineralnog dizela 2,81 kg/l, to je 68% vie.
7.1.4.Biljno ulje Jestivo biljno ulje se uglavnom ne koristi kao
gorivo, ali manje kvalitetno ulje se moe koristiti za tu svrhu.
Kako bi se osiguralo da ubrizgava pravilno raspruje gorivo za
njegovo efikasno izgaranje, biljno ulje mora biti zagrijano da bi
se smanjila viskoznost. Taj postupak je laki u podnebljima sa
toplijom klimom. Velike korporacije kao to su MAN B & W Diesel,
Wartsila i Deutz imaju ponudu motora koji su prilagoeni za biljno
ulje, bez potrebe dodatnih modifikacija. Biljno ulje takoer mogu
koristiti starije izvedbe dizel motora, koji ne koriste uobiajen
nain ubrizgavanja goriva ili ubrizgavanje goriva pomou elektronskog
sistema. Zbog adekvatnog dizajna komore za izgaranje koja omoguuje
indirektno ubrizgavanje goriva, ovakvi motori su najpogodniji za
pogon na biljno ulje. Ovaj sistem omoguava relativno vee molekule
ulja, dakle vie vremena za izgaranje.7.1.5.Bioplin / biogas
Supstanca %
Metan, CH4 50 75
Ugljik dioksid, CO2 25 - 50
Azot, N2 0 - 10
Vodik, H2 0 - 1
Vodik sulfid, H2S 0 - 3
Kisik, O2 0 - 1
Biogas je gasovito gorivo koji se dobiva anaerobnom razgradnjom
ili fermentacijom organskih tvari, ukljuujui gnojivo,
kanalizacijski mulj, komunalni otpad ili bilo koji drugi
biorazgradivi otpad. Sastoji se uglavnom od metana i ugljik
dioksida.
Slika 4.Procentualni sastav komponenti biogasa.vrsti nusproizvod
se moe koristiti kao biogorivo ili gnojivo. U budunosti bi mogao
biti vaan izvor energije.Biogas tj. smjesa gasova u kojoj je veina
metan moe se dobiti od svake biomase. Biomasa je svaka organska
supstanca nastala rastom bilja i ivotinja. Od svih obnovljivih
izvora energije, najvei se doprinos u blioj budunosti oekuje od
biomase. Svake godine na Zemlji nastaje oko 2.000 milijardi tona
suhe biomase.
Slika 5.Dobijanje biogasa iz komunalnog otpada.
Za hranu se od toga koristi oko 1,2%, za papir 1%, i za gorivo
1%. Ostatak, oko 96% truhne ili poveava zalihe obnovljivih izvora
energije. Od biomase se mogu proizvoditi obnovljivi izvori energije
kao to su biogas, biodizel, biobenzin, (etanol), a suha masa se moe
mljeti u sitne komadie, koji se mogu spaljivati u automatiziranim
peima za proizvodnju toplote i elektrine energije.
7.2.DRUGA GENERACIJA BIOGORIVABiogoriva druge generacije su
biogoriva dobivena iz odrivih sirovina. Odrivost sirovine se
definira dostupnou sirovine, uticajem na emisije staklenikih
plinova i uticajem na biodiverzitet i koritenje obradivih zemljita.
Mnoga su jo u razvoju, npr. celulozni etanol, biovodik, biometanol,
itd. U proizvodnji celuloznog etanola se koriste usjevi koji se ne
mogu koristiti u prehrani, celuloza drvenasti dio strukture biljke.
Ove sirovine ima dovoljno, a esto se javlja i problem skladitenja
takvog otpada (piljevina, kora citrusnog voa). No, proizvodnja je
tehniki zahtjevna u laboratorijima se pokuava izvesti prirodan
proces enzimatskog raspadanja celuloze na jednostavne eere koji bi
fermentirali u bioetanol. 2009. godine naunici su pronali nove
gljivice ije djelovanje katalizira raspadanje na eere pri visokim
temperaturama. Procesi na visokim temperaturama, kao i
mikroorganizmi koji te temperature mogu izdrati, predmet su
sadanjih istraivanja. Nedavno otkrie gljivice Gliocladium roseum
omoguilo je proizvodnju takozvanog myco-dizela iz celuloze. Taj
organizam posjeduje jedinstvenu sposobnost pretvaranja celuloze u
ugljikohidrate manjih duina koji se obino nalaze u dizelskim
gorivima. Radi se i na rekombinaciji gena takvih organizama da bi
se poveala mogunost prirodnog dobivanja biogoriva. Naunici na Novom
Zelandu su razvili tehnologiju koritenja ugljikovog monoksida iz
eliana za dobivanje sirovine za fermentaciju etanola. U Minnesoti
je razvijen sistem mikrobiolokih kultura koje proizvode
ugljikovodike iz vode, ugljik dioksida i uz pomo suneve
svjetlosti.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 trenutno u proizvodnji
su: biohidrogen, bio DME, biometanol, DMF, HTU dizel, Fischer
Tropsch dizel i mjeavine alkohola.
7.2.1.Biohidrogen Ova vrsta biogoriva mogla bi biti
najzastupljenija u budunosti, budui da je obnovljiva, ne uzrokuje
emisiju staklenikih plinova pri sagorijevanju, ve oslobaa energiju
te se lako pretvara u elektrinu energiju pomou elija za gorivo. Kod
proizvodnje biohidrogena uz pomo fotosintetikih mikroorganizama,
potreban je jednostavan solarni reaktor, kao prozirna zatvorena
kutija i neznatni energijski izvor. Elektrohemijska proizvodnja
biohidrogena pomou solarne baterije zahtijeva, meutim, jake
energetske izvore. Postoje razliiti procesi proizvodnje
biohidrogena. Neke od njih su: biofotoliza vode pomou mikroalgi ili
cijanobakterija, proizvodnja biohidrogena uz pomo odreenih enzima
(hidrogenaza, nitrogenaza), proizvodnja pomou fotosintetskih
bakterija, kombinacija fotosintetskih i anaerobnih bakterija kod
proizvodnje.
Slika 6. Tehnologija proizvodnje biohidrogena.Sama proizvodnja
biohidrogena je najzahtjevnija s obzirom na okoli. Budunost ovog
procesa ovisi ne samo o poboljanjima na temelju istraivanja, ve i o
ekonomskim zahtjevima, drutvenoj prilagoenosti i razvoju
hidrogenskog energijskog sistema.7.2.2.Bio DME Bio DME ili
biodimetileter je jako slian biometanolu o kojem e biti rije
kasnije. Moe se proizvesti neposredno iz sintetikog plina, koji je
jo uvijek u razvoju. Meutim, u hemijskoj industriji, DME se
proizvodi iz istog metanola procesom katalitike dehidracije, kojom
se hemijski razdvaja voda od metanola. Ovakav metanol moe se
proizvesti iz ugljena, prirodnog plina ili biomase. esto se
produkcija metanola i DME obuhvaa jednim procesom. Tek nedavno se
na DME poelo gledati kao na mogui izvor goriva. U prolosti je bio
koriten kao zamjena hloroflourkarbonu u sprejevima. Meutim, zbog
svoje niske temperature sagorijevanja i visokog oktanskog broja
pogodan je kao gorivo u dizelskim motorima. Iako ne potie koroziju
metala (kao bioetanol i biometanol), DME utie na odreene vrste
plastike i gume nakon odreenog vremena. Na sobnoj temperaturi je u
plinovitom stanju, dok u tekue prelazi ukoliko je pritisak iznad 5
bara ili na temperaturi nioj od -25 C. 7.2.3.Biometanol Ova vrsta
goriva druge generacije moe takoer biti proizvedena iz sintetikog
plina, koji se dobiva iz biomase. Moe se koristiti kao zamjena
nafte u paljenju motora na iskru zbog visokog oktanskog broja. Ba
kao i kod bioetanola, kod upotrebe ovog goriva trebali bi u obzir
uzeti niski pritisak isparavanja, nisku energiju gustoe i
nekompatibilnost s materijalima u motoru. 10 20% biometanola
pomijeanog s naftom moe se koristiti u motorima bez potrebe za
njihovom modifikacijom. Budui da biometanol gori nevidljivim
plamenom i znatno je otrovan, treba prilikom upotrebe poduzeti
stroge mjere opreza.
7.2.4.DMF DMF ili dimetilformamid je organski spoj ija hemijska
formula glasi (CH3)2NC(O)H. Ova bezbojna tenost se moe mijeati s
vodom i veinom organskih spojeva. Takoer se esto koristi kao
otopina u hemijskim reakcijama. Dobiva se procesom reakcije dimetil
amina i ugljik monoksida pri niskom pritisku i temperaturi. Svoju
upotrebu, osim kao gorivo, pronalazi u farmaciji, proizvodnji
pesticida, sintetikih vlakana i slinih materijala. Smatra se kako
DMF uzrokuje rak u ljudi te takoer neke mane prilikom roenja.
7.2.5.HTU dizel HydroThermalUpgrading (HTU) je tehnologija
pretvaranja biogoriva iz izvora kao to je mokra biomasa ivotinjskog
podrijetla. Na temperaturi od 300 - 350 C i visokom priotisku
biomasa se pretvara u organsku tekuinu koja sadrava mjeavinu
ugljikovodika. Nakon procesa katalitike hidrodeoksigenacije (HDO)
moe se proizvesti teno biogorivo, slino fosilnim gorivima. Za sada
se ova tehnologija koristi samo u Nizozemskoj, gdje se i nalazi
pokusni HTU pogon.
7.2.6.Fischer Tropsch dizel Fischer Tropsch proces je katalitika
kemijska reakcija prilikom koje se ugljikov monoksid i vodik
pretvaraju u teni ugljikovodik razliitih oblika. Pri tome se
koriste tipini katalizatori kao eljezo ili kobalt.Formula je:
(2n+1)H2 + nCO CnH(2n+2) + nH2O.
Slika 7. Fischer-Tropsch proizvodanja biodizela.Osnovni cilj
ovog procesa je produkcija sintetike zamjene nafti, prvenstveno od
uglja ili prirodnog gasa, a da bi se upotrijebila kao sintetiko
ulje za podmazivanje ili sintetiko gorivo.
7.2.7.Mjeavine alkohola Sintetiki plin, mjeavina ugljikovog
monoksida i vodika, moe se proizvesti iz biomase kroz niz termalnih
procesa, kao isparavanje. Katalitikim reakcija se moe pretvoriti u
goriva, kao etanol i hemikalije velike vrijednosti, kao propanol i
butanol. Trenutni katalizatori za sintezu "mjeanih alkohola" su
proizvedeni za sintetiki plin dobiven iz uglja ili pare metana.
Meutim, oni nisu ba najbolje rjeenje te se pokuavaju proizvesti
poboljani katalizatori koji bi usavrili proizvodnju ove vrste
biogoriva.
7.3.TREA GENERACIJA BIOGORIVABiogoriva tree generacije su
biogoriva proizvedena iz algi. Na temelju laboratorijskih
ispitivanja alge mogu proizvesti i do trideset puta vie energije po
hektaru zemljita od itarica kao to je soja. Sa viim cijenama
fosilnih goriva, postoji dosta veliko zanimanje za uzgoj algi.
Jedna od velikih prednosti ovakvog biogoriva je u tome to je
biorazgradivo, tako da je relativno bezopasno za okolinu ako se
dogodi havarija. United States Department of Energy procjenjuje
kako e u budunosti alge koje proizvode gorivo zamijeniti sva naftna
goriva u SAD-u.7.3.1Biogoriva od algi
Ulje proizvedeno od mikroalgi moe biti ono to traimo za
smanjenjem nae ovisnosti o fosilnim gorivima.Naunici imaju za cilj
koritenje lokalnih sorti mikroalgi s najboljim karakteristikama za
proizvodnju biogoriva.
Slika 8. Alge u proizvodnji biogoriva.Jednoelijske mikroalge
sadre ulja slina biljnim uljima koji su ve uspjeno koriste kao
biogoriva. A ovo alga ulje moe biti najzelenije rjeenje za kojim
tragamo da smanjenjimo emisije ugljika. U usporedbi s fosilnim
gorivima, prednosti ulja od algi su drastine. Fosilna goriva sadre
ugljik koji je ugraen daleko u Zemlji jo prije vie miliona godina.
Kada spalimo fosilna goriva, ovaj drevni ugljik biva puten natrag u
atmosferu, stvarajue prekomjerne koliine slobodnog ugljika u
prirodi. Nove koliine ugljika optereuju prirodni ciklus ugljika i
priroda ne moe da ga eliminie. Mikroalge, s druge strane, troe
ugljik dioksid (CO2) iz atmosfere kako rastu.
Slika 9. Tehnoloki proces prozivodnje biogoriva sa
mikroalgama.
Kao rezultat toga, alge za proizvodnju goriva ne bi trebale
stvarati dodatne koliine ugljik dioksida.Za razliku od drugih
izvora biogoriva kao to su kukuruz, mikroalge ne zahtjevaju
preusmjeravanja poljoprivrednog zemljita iz proizvodnje hrane.
Idealan sluaj bi bio kad bi se alge uzgajale iz otpadnih voda koje
preovladavaju fosfatima i drugim hranjivim elementima potrebnim za
razvoj algi, a potrebni ugljik dioksid bi mogao biti doveden iz
tvornica. Niti jedan drugi izvor biogoriva se ne moe ovako
pripremati.Mikroalge rastu veoma brzo, pa bi se ubiranje ulja moglo
vriti kroz nekoliko sedmica za razliku od usjeva koji moraju
sazrijeti da bi se mogli preraivati. Brzina rasta omoguava do 20
puta vie prinosa ulja od algi nego od usjeva.
8.BIODIZEL EKOLOKO GORIVO 21 VIJEKA
Biodizel je komercijalni naziv za metil ester(ME) bez dodatog
mineralnog goriva. Biodizel je standardno teno nemineralno gorivo.
Biodizel je potpuno biorazgradiv, nije toksian, redukuje tetne
gasove koji stvaraju efekat staklene bate. Danas se masovno koriste
dve vrste goriva alkohol i biodizel. I jedno i drugo gorivo mogu se
upotrebljavati samostalno ili uz dodatak konvekcionalnim
gorivima.Biodizel ili metil-ester je hemijsko jedinjenje koje
nastaje u procesima transesterifikacije ulja ili masti biljnog i
ivotinjskog porekla, odnosno hemijskom reakcijom viih nezasienih
masnih kiselina i alkohola u prisustvu katalizatora. Biodizel se
moe proizvesti od:- svih vrsta masti i ulja biljnog i ivotinjskog
porijekla kao to su (repiino ulje, suncokretovo, kukuruzno, ulje
uljane repice itd.)- od otpadnog ulja iz restorana i domainstava-
od svih vrsta viih masnih kiselina. Kao sporedni proizvod ove
hemijske reakcije (transesterifikacije) nastaje trihidroksilni
alkohol, glicerol koji takoe predstavlja znaajnu sirovinu koja ima
iroku primjenu u industriji. Ideja o korienju biljnih ulja kao
goriva za motore je vrlo stara i see do samih poetaka upotrebe
motora sa unutranjim sagorjevanjem. Na svjetskoj izlobi u Parizu,
1900. godne, Njemac Rudolf Dizel, otac savremenih dizel motora,
demonstrirao je rad dizel motora sa pogonom na ulje kikirikija.
Iako je demonstracija bila uspjena, projekat nije zaivjeo, jer je
upravo u to doba svijet otkrivao ogromne prednosti nafte kao
energenta. Sve do prve naftne krize, 1973. godine, osim za vrijeme
dva rata, svijet nije razmiljao o moguoj nestaici nafte.
Slika 10.Proizvodnja biodizela.Situacija je takva, da je
Evropska unija propisima obavezala zemlje lanice da do kraja 2006.
godine sva dizel goriva koja se proizvode i distribuiraju na
prostorima EU moraju u sebi sadrati najmanje 5% biodizela.
Predvieno je da se 2020. godine ak 20% svih energetskih potreba
zemalja lanica podmiruje koritenjem razliitih vrsta biogoriva, meu
kojima je i biodizel.
8.1Uljana repica
Uljana repica ili (Brassica napus L. ssp. oleifera) ranije je
koritena najvie za dobijanje stone hrane, a rjee i konzumnog ulja.
To je jednogodinja zeljasta biljka koju u periodu cvjetanja krasi
jarko uti cvijet. Za dobijanje ulja koristi se sjeme ove biljke. U
prosjeku, sjeme uljane repice sadri 40-48% ulja, tj. viih masnih
kiselina heterogenog sastava i 18-25% bjelanevina. Ulje iz sjemena
sadri razliite masne kiseline, od kojih su neke (zasiene) vrlo
pogodne za proizvodnju biodizela (oleinska 60% i linolna 15%), dok
su neke manje pogodne (linoelinska 10% ) ili ak nepoeljne (eruka
2%). Uljana repica sa ovakvim sastavom sjemenskog ulja pripada tzv.
0 kulturama koje su kod nas u proizvodnji ve dvadesetak godina i
danas su jo uvek rasprostranjene. Postupcima daljeg oplemenjivanja
ove kulture dobijene su tzv. 00 kulture koje su dijelom zastupljene
i kod nas. One u sastavu svog sjemena imaju manje od 0.1% eruka
masne kiseline, kao i izmjenjen odnos uea zasienih i nezasienih
masnih kiselina. Posljednjih godina u Evropi je otpoelo gajenje
tzv. 000 kulture sa jo povoljnjijim karakteristikama sjemenskog
ulja. Ulje iz sjemena uljane repice dobija se postupkom presovanja
u presama razliitog kapaciteta ili kombinovanim procesima
presovanja i ekstrakcije. Posle ekstrakcije ulja iz sjemena dobija
se tzv. sama uljane repice koja u sebi sadri 35-40% bjelanevina
povoljnog sastava aminokiselina, pa je stoga vrlo pogodna za
proizvodnju stone hrane. Ovo je jo jedan znaajan ekonomski aspekt
koritenja uljane repice. Pored ulja, kao osnovnog proizvoda, same i
glicerola, kao nus proizvod eterifikacije pri proizvodnji MER-a,
dobija se i znaajna koliina slame, odnosno biomase. Slama uljane
repice se moe stoprocentno iskoristiti bilo kao sirovina u
industriji i graevinarstvu, bilo kao gorivo.
Prerada sjemena uljane repice radi dobijanja biodizela ima dvije
faze. Prva faza je proizvodnja ulja, a druga, je
transesterifikacija repiinog ulja. Dobijanje ulja iz uljane repice
moe se vriti i u malim, individualnim postrojenjima. U takvim
postrojenjima postupak transekstrakcije ulja je putem hladnog
presovanja, poslije ega je neophodno vriti filtriranje ulja. Kao
ostatak postupka presovanja nastaje tzv. pogaa (presovana zrna
oiena od ljuske) koja se dalje koristi u proizvodnji stone hrane.
Stepen izdvajanja ulja u ovakvom postupku je oko 70%. Poslije
predpresovanja nastaje sirovo ulje i pogaa. Sirovo ulje se dalje
filtrira ili se podvrgava postupku rafinacije. Pogaa se usitnjava i
podvrgava tenoj ekstrakciji, posle ega se dobija uljna sirovina i
tzv. mulj. Uljna sirovina se zatim filtrira i destilira, a potom
rafinira, pa se dobija rafinirano ulje. Mulj se sui i melje,
poslije ega se formira pogaa koja se koristi za stonu hranu. Stepen
izdvajanja ulja u ovakvom postupku iznosi 98%. Mogue je koristiti i
slian skraeni postupak, u kome se pogaa ne podvrgava daljoj
ekstrakciji. Stepen izdvajanja ulja je u tom sluaju oko 85%. Ovako
dobijena ulja koriste se u postupku esterifikacije. Biodizel je
prvo, i za sada jedino, alternativno gorivo koje je prolo kompletnu
evaluaciju izduvne emisije i potencijalnih zdravstvenih rizika po
programu propisanom od strane Agencije za zatitu ivotne sredine SAD
(EPA - Environmental Protection Agency). Ovaj program ukljuuje
najotrije procedure ispitivanja radi certifikacije goriva. Podaci
dobijeni iz ovih ispitivanja predstavljaju najpotpuniji inventar
uticaja biodizela na ivotnu sredinu i ljudsko zdravlje. Ova
ispitivanja su pokazala da dizel motori sa pogonom na biodizel
imaju znaajno manju emisiju dima i estica. Smanjenje emisije u
prosjeku iznosi oko 40%. Nia emisija dima i estica postie se i pri
primjeni mijeavine konvencionalnog dizel goriva I MER-a. Slini
rezultati se dobijaju i u pogledu redukcije emisije ugljenmonoksida
(smanjenje oko 40%) i ugljovodonika (smanjenje oko 65 %). Emisija
oksida azota pri pogonu dizel motora na biodizel vea je u prosjeku
oko 10%. Znaajno je istai i da je emisija policiklinih aromatinih
ugljovodonika (PAH -Polycyclic Aromatic Hydrocarbons), izrazito
kancerogenih frakcija estine emisije, nia za oko 80%. to se tie
emisije ugljendioksida, koji doprinosi nastanku efekta staklene
bate, sagorevanje biodizela u motorima ne poveava emisiju ovog gasa
u odnosu na emisiju koja bi nastala u prirodnom ivotnom ciklusu
uljane repice. Znai da je u pogledu doprinosa efektu nastanka
staklene bate biodizel neutralan. Toplotna mo biodizela je za oko
10% nia od toplotne moi konvencionalnog dizel goriva, to ima za
posljedicu smanjenja snage motora. Ipak, zahvaljujui veoj
viskoznosti biodizela efikasnost sistema za ubrizgavanje je, pri
nepromenjenim parametrima ubrizgavanja, vea. Koritenje biodizela ne
oteuje motor. Naprotiv, dobra maziva svojstva ovoga goriva
doprinose manjem troenju elemenata klipno-cilindarske grupe, kao i
elemenata sistema, za ubrizgavanje. Poslednjih godina insistira se
na smanjenju sadraja sumpora i aromata u dizel gorivu, ime se
znatno pogoravaju maziva svojstva goriva. Mjeanjem konvencionalnih
dizel goriva i MER-a, ak i u malom procentu, znaajno se poboljavaju
maziva svojstva goriva. Na taj nain moe se u potpunosti nadoknaditi
manjak mazivosti nesumpornih goriva, a pri tome se poboljava i
kvalitet izduvne emisije.
8.2.Recept za pravljenje biodizelaJestivo biljno ulje (bilo novo
ili ve korieno ) ima previsok viskozitet da bi se bez ikakvih
modifikacija koristilo u dananjim dizel motorima. Da bi se jestivo
ulje pretvorilo u biodizel potrebno mu je smanjiti viskozitet. To
se postie hemijskim putem. Cilj hemijskog postupka proizvodnje
biodizela je razbiti molekule masti i na taj nain smanjiti im
viskozitet. Taj postupak se naziva transesterifikacija.Molekula
masti je triglicerid, to znai da se sastoji od tri lanca masnih
kiselina (estera) koje su povezane sa molekulom glicerola. Glicerol
ima udio u ulju oko 20%. Procesom transesterifikacije lanci masnih
kiselina se odvajaju od molekula glicerola i veu se sa metanolom.
Glicerol tone na dno, inei nusprodukt glicerin. Na mesto glicerola
dolazi metanol.Hemikalije potrebne za postupak transesterifikacije
su:1. metanol2. kaustina soda ili natrijum hidroksid (NaOH).Metanol
se dodaje u razmeri od 20% u odnosu na ulje. Metanol treba da bude
99,5%-tni, dakle vrlo visoke istoe, jer voda ometa proces
transesterifikacije.Potrebno je naglasiti da je metanol izuzetno
opasna hemikalija koja, ako se proguta, moe izazvati sljepilo, a u
veim koliinama je i smrtonosna. Zato je izrazito vano paziti da ne
udiemo pare metanola i da ga naravno ne progutamo. Pri radu
OBAVEZNO nositi gumene rukavice i zatitnu odeu.Od jednog molekula
triglicerida, dobiemo tri molekula alkilnog estera koji nazivamo
biodizel. Biodizel se takodje moe praviti i od prirodnoh alkohola,
da naglasimo kojom vrstom alkohola smo pravili bio dizel, imenujemo
ga metilnim esterom. Kako bismo uopte razbili molekul triglicerida,
dodajemo katalizator NaOH, takoe opasnu hemikaliju vrlo nagrizajuih
svojstava. Kaustina soda je izrazito toksina hemikalija koja moe
otetiti kou, oi i plua, a moe biti i smrtonosna ako se proguta.
Treba kupiti NaOH 96%-tne istoe. Kaustina soda nam osigurava da se
molekuli masnih kiselina odvoje od glicerola kako bi se osloboene
spojile s alkoholom. Kaustina soda e se spojiti s glicerolom i
pasti na dno posude u kojoj proizvodimo biodizel.Odnos kaustine
sode izraunavamo u gramima, zato moramo imati i preciznu vagu,
osetljivu ve od 1 grama. U samom procesu proizvodnje metanol i
kaustinu sodu pomjeamo i dobijemo natrijum metoksid, koji obezbeuje
odvajanje masnih kiselina od glicerola. OPREZ!! Natrijum-metoksid
je opasan i ima sva opasna svojstva i jedne i druge
hemikalije.Koristiti iskljuivo plastine polietilenske, staklene,
emajlirane ili inoks posude. Panja Posude moraju biti potpuno
suhe.
Slika 11. Proizvodnja biodizela.Nusproizvod proizvodnje
biodizela je glicerin. Glicerin koji dobijemo nakon proizvodnje
nije opasan i toksian, i moe se koristiti za proizvodnju sapuna.Ako
biodizel pravimo od koritenog jestivog ulja, najvanije nam je da
uklonimo tzv. slobodne masne kiseline u preprenom ulju. Koliinu
masnih kiselina odreujemo procesom titracije. Ukoliko ne uklonimo
slobodne masne kiseline, one mogu zaustaviti proces proizvodnje
biodizela. Slobodne masne kiseline neutralizovaemo dodatkom
kaustine sode. Procesom titracije odreujemo koliko nam sode treba
za ovaj postupak.
8.3.Transesterifikacija ulja u biodizel
Razlikujemo vise transesterifikacija Hemijski katalizirana
transesterfikacija Bazno katalizirana transesterfikacija Kiselo
katalizirana transesterfikacija Transesterfikacija bez prisustva
katalizatora Enzimatski katalizirana transesterifimacija
8.3.1.Bazno katalizirana transesterfikacija
U alkalnoj transesterifikaciji kao bazu koristimo Natrijev
hidroksid (NaOH), kalijhidroksid (KOH), i natrij methoxid (CH3ONa).
Ovim hemijskim sredstvima podiemo pH iznad 7. Ovo su tri hemikalije
koje se najee koriste kao alkalni katalizatori. Pri koritenju baze
kao katalizatora, reakcija je relativno brza, odvija se na niskim
temperaturama i pritiscima i relativno je jednostavna tehnika.
Alkalna transesterifikacija daje visoke prinose 98% u kratkom
vremenu. Nedostatak metode je osjetljivost na koncentraciju
slobodnih masnih kiselina i vode, one moraju biti ispod odreenih
granica.Prisustvo slobodnih masnih kiselina potpomae nastajenja
veih koliina sapuna i potronja katalizatora je odmah vea. Glavni
nedostatak ove metode je zagaenje otpadne vode je otpadna voda je
jako bazna.
8.3.2.Kiselo katalizirana transesterfikacija
Koristi se mnogo manje nego bazno katalizirane reakcije zato to
su mnogo sporije i do 4000 puta a i kiseline su veoma korozivne.
Kiseline koje se koriste su sumporna, sulfonska, fosforna, hloridna
kiselina. Bilo bi potrebno vie puta vriti iste reakcije da bi se
dobio odgovarajui prinos, a pored toga potrebna je vea koliina
alkohola i koncentracija alkohola.Ovaj proces je u prednosti u
odnosu na slobodne masne kiseline jer ne nastaje sapun, tako da se
ovom metodom mogu preraivati ulja sa visokim procentom slobodnih
masnih kiselina.Ovaj postupak kiselinske transesterifikacije moe se
koristiti kao predkorak u esterifikaciji bazama, prvo se
esterifikuju slobodne masne kiseline. Kada je ravnotea postignuta
katalizator i voda se uklanjaju centrifugiranjem.
Slika 12. Kiselo katalizirana transesterifikacija.
8.3.3.Nekatalizirana transesterifikacija
Iako katalizatori smanjuju vrijeme transesterifikacije, njihova
prisutnost komplicira preiavanje konanog proizvoda. Da bi izbjegli
nedostatke katalizatora koristi se transesterifikacija sa
superkritinim alkoholom. Upotreba superkritinog alkohola osigurava
visoki prinos konverzije ulja u kratkom vremenu. Ova metoda je u
prednosti u odnosu na klasine metode koje koriste konvencionalne
katalizatore. Konvencionalni katalizator moe prevesti palmino ulje
u biodizel za jedan sat, dok super kritinom alkoholu treba samo 20
minuta. Kao nedostatak katalizatora finalni proizvod ne treba
preiavati u odnosu na prethodne metode.
Slika 13.Transesterifikacija sa superkritinim metanolom.Smjesa
metanola i ulja se ugrije do superkritinih temperatura, bez
prisustva katalizatora. Biodizel se ukloni iz reakcione smjese a
viak metanola se ukloni isparavanjem u toku 20 minuta na
temperaturi od 90 oC.
U poreenju sa katalitikim reakcijama superkritine metanol
reakcije su puno bre i moe se postii visok prinos u kratkom
vremenu. Meutim reakcija zahtijeva visoke pritiske, temperaturu i
visoku koncetraciju metanola. Visoka koncentracija alkohola
poskupljava proces transesterifikacije.8.3.4.Enzimatski
katalizirana transesterifikacija
Postoji veliki interes o koritenju biokatalizatora pri
transformaciji triglicerida u biodizel, imaju veliku prednost jer
je niska cijena proizvodnje a i produkt koji se dobije je velike
istoe. Enzimska transesterifikacija moe se provesti na 35 do 45
oC.
Za razliku od hemijskih katalizatora, enzimi ne stvaraju sapune
i kataliziraju transesterifikaciju triglicerida u jednom koraku bez
potrebe za pranjem proizvoda. S druge strane mogui neodostaci su
sporija reakcija u prisustvi metanola i mogua inaktivacija enzima
od strane istog.
Lipaza je enzim koji moe katalizirati reakcije sa metanolom, a
proizvode ga mokroorganizmi kao to su bakterije i gljivice. Lipaze
se izoliraju iz Mucor miehei, Rhizopus oryzae, Candida Antarktika,
i Pseudomonas cepacia su najee koriteni enzimi.Lipaza spada u grupu
hidrolitikih enzima koji hidroliziraju trigliceride na masne
kiseline i glicerol.U odnosu na regioselektivnost lipaze dijelimo
na:
sn-1 ,3-specifine: hidrolizira esterske veze u pozijama R1 ili
R3 triglicerida,
sn-2-specifine: hidrolizira esterske veze u pozicijama R2
triglicerida,
nespecifini: ne prave razliku izmeu pozicija estera.
Iako su lipaze u prednosti u odnosu na kiseline i baze kao
katalizatori, one su skupe pa je zbog ekonomske isplativosti veoma
esta reciklaa istih i vraanje u proces.
Slika 14. Enzimatska transesterifikacija.
Enzim se u otopini nalazi rastvoren i slobodno se kree, sutina
imobilizacije je prevoenje istog u inaktivni oblik i njegovo
vezivanje za neku supstancu pomou koje se moe izolirati i ponovo
koristiti. Imobilizacija je ekonomski isplativa a i ekoloki
ispravna.Razne tehnike imobilizacije se koriste a jedna je i
adsorpcija na smolama, na gelovima, silika aero gelovima. Uglavnom
se koristi fizika imobilizacija i odvajanje iz rastvora jer se
nekoriste opasne hemikalije koje unitavaju enzim. Fizikom metodom
se enzim inaktivira izoluje i ubaci drugi rastvor i ponovo
aktivira.
8.4.Biodizel kao biolo ulje
Biodizel, moe se koristiti i kao biolo ulje. Prednost nove vrste
grejnog ulja u odnosu na dizel je u tome to ima manje zagaenja
prilikom sagorjevanja, a pravi se od uljane repice. Zbog toga je
manje opasno po okolinu, a smanjuje zavisnost od uvoznih
sirovina(nafte). Vee koritenje 5% biodizela, na primjer, znai
smanjenje uvoza stoprocentnog dizela. Ali, koliine bio-dizela
trenutno su nedovoljne da bi se svi potroai snabdjeli njime u
potrebnim koliinama. Neka svojstva biodizela ine ga nepodesnim za
primjenu u visokim koncentracijama. Na primjer, isti biodizel ne
toi se najbolje na niskim temperaturama, to bi moglo da stvori
probleme u njegovom skladitenju u rezervoarima na otvorenom, u
podrujima sa hladnijom klimom, a mo rastapanja mu je takva da moe
da probui ak i gumenu izolaciju, usput, da pokupi godinama
nagomilani naftni mulj iz prljavih rezervoara, I njime zapui
filtere i protok goriva. Dugorono, strunjaci misle da je rjeenje
upravo u pronalaenju naina za to masovnijim koritenjem bio-goriva
koja mogu da se obnavljaju, prerauju iz svog otpada i vie puta
koriste. Time e se postii da potroai i njihovi snabdjevai budu
manje zavisni od drugih u obezbeenju potrebnih koliina ulja za
grejanje.
9.BIOETANOL
9.1Proizvodnja bioetanola
Osnovna primena bioetanola se moe svrstati u tri oblasti: u
industriji kao sirovina ili rastvara za proizvodnju alkoholnih pia
kao gorivoVelika potronja i iscrpljivanje fosilnih goriva
poslednjih nekoliko godina koje se javlja usljed razvoja industrije
i tehnologije, uslovljava pronalaenje nekog alternativnog rjeenja.
Meu alternativnim energetskim resursima znaajno mjesto danas
zauzimaju biogoriva, od koji bioetanol ima posebno mjesto kao
obnovljivo i ekoloki pogodno gorivo.
Kod proizvodnje bioetanola vano je da se moe dobiti
fermentacijom iz obnovljivih sirovina koje sadre ugljene hidrate
(kukuruz, eerna trska, krompir, topinambur i dr.). Fermentacija
eera biomase se vri pomou mikroorganizama, i to tradicionalno pomou
kvasaca, a u novijim tehnologijama i pomou odreenih vrsta
bakterija.
Slika 15. Proizvodnja i primjena bioetanola.
Tehnologija za proizvodnju bioetanola se moe podjeliti u tri
faze:
1.Prethodna obrada supstrata- priprema sirovine2.Fermentacija
supstrata3.Izdvajanje proizvoda (destilacija, rektifikacija,
preiavanje i obezvodnjavanje).
Slika 16. Uproena blok-ema dobijanja etanola na biomasi.Faza
prethodne obrade supstrata ima za cilj da se krobne ili celulozne
komponente iz biomase prevedu u fermentabilne eere i vri se pomou
enzima ili kiselina.Fermentacija u proizvodnji etanola se moe
izvoditi na sljedea etiri naina: diskontinualno, kontinualno,
dolivno i semi-kontinualno. Pored izabranog postupka fermentacije,
od izuzetnog znaaja za efikasnost fermentacije i produktivnost
proizvodnje etanola mogu biti odreena konstrukciona poboljanja
fermentora ime se postie bolji prenos mase i toplote u sistemu, kao
i bolja kontrola procesa. Znaajani tehnoloki pomaci se postiu
upotrebom reaktora sa imobilisanim elijama, kao i istraivanja
fermentacija sa genetski modifikovanim mikroorganizmima.
Za dobijanje bioetanola koji se sam ili u smjesi sa benzinom
koristi kao motorno gorivo potrebno je izdvojiti vodu i odreen
sadraj neistoa. Osnovni proces izdvajanja etanola izdvaja iz
profermentisane podloge nakon fermentacije je destilacija i
rektifikacija.
Slika 17.Shema proizvodnje etanola, od samog prijema
sirovine.
9.2.Koje su prednosti proizvodnje bioetanola.
Od posebnog znaaja je da se bioetanol dobija iz obnovljivih
sirovina kojih ima u velikoj koliini i koje su lako dostupne, kao i
to je sporedni proizvod u ovoj proizvodnji dibra koja je kvalitetna
stona hrana, tako da se ekonomski gubici pri proizvodnji bioetanola
svode na minimum. Sirovinski potencijal za proizvodnju bioetanola,
a od poljoprivrednih sirovina najznaajnije su krobne sirovine
kukuruza i penice i namjenski gajene krobne sirovine- hibridni
sirak, tritikale i Jerusalimska artioka koje se mogu gajiti na
marginalnoj zemlji. Sa aspekta zatite ivotne sredine dodatak
bioetanola u gorivo smanjuje efekat staklene bate do 20 %, smanjuje
emisiju CO do 30 %, smanjuje emisiju benzola i sumpora, i potpuno
je netoksian i biodegradabilan. Skoro sve zemlje Evropske unije, a
i veina zemalja u tranziciji, u poslednjih desetak godina, znaajno
su poveale proizvodnju bioetanola. Ovakav trend e se nastaviti i u
budunosti to potvruje i Direktiva Evropske unije EC/30/2003 o
alternativnim gorivima i njihovoj promociji.
Slika 18.Prednosti biogoriva.
9.3.KARAKTERISTIKE BIOETANOLA KAO GORIVA
9.3.1Karakateristike istog etanola
U svjetu se kao dodatak gorivu koristi visokopreieni
denaturisani apsolutni etanol. U Brazilu se etanol za gorivo
upotrebljava od 1930., u SAD od 1992., u vedskoj od 1985., a u
Poljskoj od 1992. godine (3). Sva koliina apsolutnog etanola
proizvedena u Francuskoj, Poljskoj, paniji i Italiji upotrebljava
se za proizvodnju ETBE. Evropska Unija je u programu proizvodnje
etanola za gorivo postavila cilj da proizvode toliko etanola do
2010. godine da moe da doda u benzin 6% apsolutnog etanola, a do
2015. godine do 7%. Navedene zemlje uglavnom imaju standarde za
kvalitet etanola namenjenog za dodatak benzinu ili dizelu. U ovim
standardima limitiran su sadraji: vode, metanola, aldehida,
sumpora, fosfora, viih alkohola, bakra, hlorida i sredstava za
denaturisanje. Zahtjeva se odreena gustina, bistrina, kiselost i
pH. ISO/TC 28 N 2279 iz 2005. godine propisuje i metode kojima se
navedeni parametri kvaliteta odreuju.Evropska Unija je 1993. godine
iznjela podatke o vrstama i koliinama sredstava koja se koriste kao
sredstva za denaturaciju etanola namjenjenog za gorivo. Za primjenu
etanola u medicini i farmaciji postoje kriterijumi kvaliteta
definisani u Jugoslovenskoj farmakopeji iz 2000. godine, a 2005.
izdata je Evropska farmakopeja. U navedenoj dokumentaciji limitiran
je sadraj metanola (manje od 0,005% v/v, odreen gasnom
hromatografijom), acetaldehida+acetala (maksimum 10 ppm v/v),
benzena(maksimum 2 ppmv/v) itd. Iz navedenih podataka moe se
zakljuiti da je kontrola etanola veoma vana i sloena; zahtjeva
veoma specijalizovan struni kadar i opremu. Koliine etanola koje e
se proizvesti zavise od raspoloivih sirovina, instalisane opreme za
pojedine sirovine, kadra i na kraju od koliina etanola koje treba
proizvesti za odreene namjene. U meunarodnom prometu etanol je
prema kvalitetu razvrstan u 10 kategorija. Uprve tri kategorije
svrstan je nepreien i slabo preien etanol (meuproizvod za dalju
preradu) i moe se primjenjivati za proizvodnju estokih alkoholnih
pia ili kao konzervans u prehrambenoj industriji. Ove kategorije su
kod nas svrstane u sirovi etanol i zahtjevi za njegova svojstva
definisani su u tabeli 1 Pravilnika broj 07-3405/l iz 1985. godine.
U etvrtu kategoriju ubraja se rektifikovan rafinisani etanol i
njegova svojstva definisana su u Tabeli 2 navedenog Pravilnika. U
kategorije pet do osam spada veoma preieni etanol, visoke cjene za
farmaceutske i kozmetike namjene kao i za proizvodnju estokih
alkoholnih pia gde su tragovi arome nepoeljni. U devetu kategoriju
svrstan je bezvodni etanol. Osnovna namjena ovog kvaliteta je
dodatak gorivima ili proizvodnja ETBE (etil-tercijalnog butiletera)
kao zamjena za tetraetilolovo u gorivima ili kao sirovina u
petrohemijskoj industriji. Po obimu proizvodnje, ovaj kvalitet
etanola doivio je najveu ekspanziju tokom proteklih decenija.
Deseta kategorija predstavlja veoma preien bezvodni etanol. Koristi
se u medicinske svrhe i kao rastvara za esencije i boje. Zahtjevani
kvalitet bioetanola prikazan je u tabeli 1.
Tabela 1 Zahtjevani kvalitet bioetanola.
Tehnika ogranienja u primjeni etanola u mjeavini sa motornim
benzinom su: raslojavanje i poveanje napona para. Pojava
raslojavanja moe se javiti u rezervoarima proizvoaa, distributera i
korisnika. Stepen raslojavanja zavisi od koliine vode u mjeavini,
koliine aromata u gorivu i od temperature okoline. Za mjeavine
etanola i motornih benzina sa aspekta primjene je izuzetno vano, da
u svim uslovima mjeavina bude homogena, tj. da se sprjei izdvajanja
dvije faze gornje (motorni benzin) i donje (etanol). Ovoj pojavi
posebno doprinose prisustvo vode u etanolu i sniene temperature
okoline. Za odreivanje temperature raslojavanja mjeavina etanola i
motornog benzina koristi se standard za odreivanje temperature
zamuenja SCS ISO 3015:1997. Temperatura raslojavanja se definie kao
najvia temperatura pri hlaenju meavine etanola I motornog benzina i
etilalkohola na kojoj dolazi do izdvajanja dvije faze. Stabilnost
mjeavina mora da bude zadovoljena za temperature koje se mogu
javiti u zimskim uslovima.
10.BIOPLIN
Postrojenje za proizvodnju bioplina ne proizvodi samo energiju.
Biomasa preostala nakonanaerobne razgradnje organske tvari
digestat- predstavlja vrijedno gnojivo, bogato azotom, fosforom,
kalijem i mikro-nutrijentima. Za rasprostiranje po poljoprivrednoj
povrini moe se koristiti ista mehanizacija koja se koristi za svjei
stajski gnoj ignojnicu.
U usporedbi sa svjeim stajskim gnojem, digestat ima znatno bolja
gnojidbena svojstva zahvaljujui homogenosti i veoj hranidbenoj
vrijednosti, boljem omjeru ugljika i duika te gotovo potpunom
nedostatku neugodnog mirisa. Proces proizvodnje bioplina - od
proizvodnje supstrata pa do koritenja digestata kao gnojiva - ini
zatvoreni ciklus hranjivih tvari.
Slika 19.Postrojenje za prizvodnju biogasa.
Koliina ugljikovih spojeva (C) smanjuje se postupkom digestije,
pri emu se metan (CH4) koristi za proizvodnju energije, a
ugljikovdioksid (CO2) se isputa u atmosferu i biva ponovo vezan u
biljke tokom fotosinteze. Neto ugljikovih spojeva ostaje u
digestatu. Oni poveavaju sadraj ugljika u tlu ukoliko se digestat
koristi u gnojidbene svrhe. Proizvodnja bioplina se moe dobro
integrirati u konvencionalnu i ekoloku poljoprivredu, gdje digestat
zamjenjuje mineralna (umjetna)g nojiva, proizvedena uz veliki
utroak fosilnih goriva.
Za proizvodnju bioplina mogu se koristiti razliite sirovine:
stajski gnoj, gnojovka i gnojnica, etveni ostatak, organski otpad
iz mlijene industrije, organski otpad iz prehrambeno-preraivake
industrije, organska frakcija mulja nastala proiavanjem otpadnih
voda, organski otpad iz kuanstava i ugostiteljske djelatnosti,
biljke proizvedene kao energetski nasadi i ostalo.
Bioplin se moe prikupljati i s odlagalita otpada. Jedna od
glavnih prednosti proizvodnje bioplina je mogunost koritenja tzv.
Mokre biomase kao sirovine.
Primjeri mokre biomase su otpadni mulj od proiavanja otpadnih
voda, muljeviti ostaci iz mljekarskih i svinjogojskih farmi ili
flotacijski mulj iz prehrambene industrije u kojem je udio vlage
vei od 60 70 posto.
U zadnje se vrijeme naveliko koriste brojni energetski usjevi
(penica, kukuruz, uljanarepica i ostalo) kao sirovina za
proizvodnju bioplina.
Osim ovih sirovina, sve vrste poljoprivrednih ostataka - usjeva
koji su zbog nekog razloga neprihvatljivi za prehranu ljudi i
ivotinja (npr. propali usjevi uslijed vremenskih nepogoda) - mogu
biti koriteni za proizvodnju bioplina i gnojiva. Brojni ivotinjski
nusproizvodi koji nisu prihvatljivi za prehranu ljudi, takoer, mogu
biti procesirani u bioplinskom postrojenju.
Slika 20.Shema proizvodnje biogasa.
10.1.Neto vie o anaerobnoj digestiji (AD)
Anaerobna digestija je biohemijski proces u kojem se kompleksni
organski spojevi razgrauju djelovanjem razliitih vrsta bakterija u
anaerobnim uvjetima (bez prisustva kisika).
Anaerobna razgradnja prirodan je proces koji se svakodnevno
dogaa u prirodi npr. u morskom sedimentu, u probavi preivaa ili
prilikom nastanka treseta.
Kod bioplinskih postrojenja, rezultati procesa anaerobne
digestije su bioplin i digestat. U sluajevima kada se za procesAD
koristi homogena mjeavina iz dvaju ili vie razliita supstrata, kao
na primjer gnojnica i organski otpad iz prehrambene industrije,
postupak se naziva kodigestija. Kodigestija je najei nain
proizvodnje bioplina.
Slika 21. Anaerobna digestija, shema.
10.1.1.Supstrati AD
Za supstrat AD radi proizvodnje bioplina mogu posluiti razliiti
tipovi biomase. Najee se koriste sljedee kategorije supstrata:
stajski gnoj i gnojnica ostaci i nusproizvodi iz poljoprivredne
proizvodnje razgradivi organski otpad iz poljoprivredne i
prehrambene industrije (ostacibiljnog i ivotinjskog porijekla)
organski dio komunalnog otpada i otpada iz ugostiteljstva (ostaci
biljnog iivotinjskog porijekla) otpadni muljevi energetski usjevi
(kukuruz, sirak, razliite vrste trava, djetelina)
10.1.2.Biohemijski postupak AD
AD je mikrobioloki proces razgradnje organske tvari bez
prisutnosti kisika. Glavni proizvodi ovog procesa su bioplin i
digestat. Bioplin je gorivi plin koji se primarno sastoji od metana
i ugljikovog dioksida. Digestat je procesirani ostatak supstrata,
nastao tokom proizvodnje bioplina.
Tokom proizvodnje bioplina nastaje vrlo malo topline u usporedbi
s aerobnimrazgradnjom (uz prisutnost kisika) ili kompostiranjem.
Energija koja se nalazi hemijskimvezama supstrata oslobaa se u
obliku metana.
Proces nastanka bioplina rezultat je niza povezanih procesnih
koraka tokom kojih se inicijalni supstrat razlae na sve
jednostavnije spojeve, sve do nastanka bioplina. U pojedinim fazama
proizvodnje bioplina djeluju specifine grupe mikroorganizma.
Slika 22. Faze anaerobne digestije.
Naglaene su etiri glavne faze u procesu nastanka bioplina:
hidroliza, acidogeneza, acetogeneza i metanogeneza.
10.1.3.Hidroliza
Hidroliza je teoretski prva faza AD tokom koje se organska tvar
(polimeri) razlae na manje jedinice zvane monomeri i oligomeri.
Polimeri poput ugljikohidrata, lipida, aminokiselina i
bjelanevina transformiraju se u glukozu, glicerol, purine, piridine
i sl. hidrolitike bakterije lue hidrolitike enzime i transformiraju
biopolimere u jednostavne i topljive spojeve kako je prikazano:
Lipidi -lipaze masne kiseline, glicerolPolisaharidi- celulaze,
celobiaze, ksilanaze i amilaze monosaharidiProteini - proteaze
aminokiseline
Opisani lanani procesi odvijaju se istodobno unutar
fermentatora. Brzina cjelokupnogprocesa razgradnje odreena je
brzinom odvijanja najsporije reakcije u lancu. U procesu hidrolize
uestvuje iroki spektar bakterija koje izluuju egzoenzime, koji
razgrauju estice supstrata. Produkti hidrolize dalje razgrauju
(probavljaju) prisutne bakterije, koje ujedno koriste ove spojeve
za vlastite metabolike procese.
10.1.4.Acidogeneza
U fazi acidogeneze proizvodi hidrolize se uz pomo acidogenih
bakterija (fermentacije)transformiraju u metanogene spojeve.
Jednostavni eeri, aminokiseline i masne kiselinerazgrauju se na
acetat, ugljikov dioksid i vodik (70%) te na hlapljive masne
kiseline(HMK) i alkohole (30%).
10.1.5.Acetogeneza
Tokom acetogeneze se proizvodi fermentacije, koji se ne mogu
metanogenim bakterijama direktno transformirati u metan, pretvaraju
u metanogene spojeve. HMK i alkoholi oksidiraju u acetat, vodik i
ugljikov dioksid.
HMK koje imaju lance ugljika due od dvije jedinice i alkohol s
vie od jedne molekule ugljika oksidiraju u acetate i vodik.
Nastanak vodika poveava parcijalni tlak vodika u digestoru, to se
moe smatrati otpadnim proizvodom acetogeneze, jer inhibira
metabolizam acetogenih bakterija. Tokom metanogeneze vodik se
transformira u metan.
Procesi acetogeneze imetanogeneze uglavnom se odvijaju paralelno
kao simbiotsko djelovanje dvije grupe organizama.
10.1.6.Metanogeneza
Proizvodnja metana i ugljikovog dioksida potaknuta je aktivnou
metanogenih bakterija.70 posto metana nastaje iz acetata, dok
ostalih 30 posto nastaje pretvaranjem iz vodika i ugljik
dioksida.10.2.Osnovne primjene bioplina
Proizvodnja bioplina putem AD je rasprostranjena metoda obrade
otpada iz stoarstva (ivotinjskog izmeta i gnojnice) u modernim
drutvima radi proizvodnje obnovljiveenergije i poboljanja kvalitete
tajskog gnoja. Razvoj trita bioplina tokom posljednjih godina
potaknuo je interes poljoprivrednika za podizanje usjeva na kojima
e se uzgajati itarice i uljarice za proizvodnju bioplina. AD glavna
je tehnologija za stabilizaciju primarnog i sekundarnog otpadnog
mulja pri obradi otpadnih voda organske, prehrambeno-preraivake i
fermentacijske industrije, kao i pri recikliranju frakcije krutog
komunalnog otpada organskog porijekla. Specijalna primjena provodi
se kod prikupljanja bioplina s odlagalita.
Metodu AD za tretman industrijskih otpadnih voda koriste
razliite industrije:
industrija prerade hrane, npr. konzerviranje povra, prerada
mlijeka i sira, otpad izklaonica, industrija prerade krumpira itd..
industrija pia, npr. pivare, proizvodnja bezalkoholnih pia i
sokova, destilerije,prerada kafe... industrijski proizvodi, npr.
papir i karton, guma, kemikalije, krob, farmaceutski
proizvodi..
Industrijska bioplinska postrojenja imaju niz prednosti za
drutvo i ukljuene industrije:
dodana vrijednost ostvaruje se vraanjem dijela hranjivih tvari u
tlo, a trokoviodlaganja otpada se smanjuju proizvedeni bioplin
koristi se za proizvodnju energije uinkovito tretiranje otpada
doprinosi zelenom imidu kompanije Za oekivati je da e drutvene
prednosti koritenja ovakvih tehnologija kao i dobrobit zaokoli,
nasuprot visokim trokovima zbrinjavanja otpada na druge naine,
poveati broj instaliranih industrijskih bioplinskih
postrojenja.Bioplin se moe koristiti za razliite energetske potrebe
ovisno o prirodi izvora i lokalnom potranjom za specifinim vrstama
energije.
Bioplin se najee koristi za proizvodnju toplinske energije
direktnim sagorjevanjem, proizvodnju elektrine energije putem
energetskih elija ili u mikro turbinama te proizvodnju topline i
elektrine energijeu kogeneracijskim postrojenjima ili pak kao
pogonsko gorivo za vozila.
Slika 23.(Primjena biogasa)10.3.Osobine bioplina
Osobine i sastav bioplina ovise o tipu supstrata, nainu
proizvodnje (vrsti postrojenja), temperaturi na kojoj se odvijao
proces, trajanju retencije, volumenu digestora i ostalim faktorima.
Energetska vrijednost bioplina nalazi se hemijski vezana u
metanu.
Prosjena toplinska vrijednost bioplina je oko 21 MJ/m3, prosjena
gustoa iznosi 1,22 kg/m3 (s 50% udjela metana), a teina je slina
zraku (1,29 kg/m3).
10.4.Direktno sagorjevanje i upotreba bioplina za
proizvodnjutoplinske energije
Najjednostavniji i najraireniji nain koritenja bioplina je
direktno sagorjevanje bioplina ukotlovima ili na gorionicima.
Primjenjuje direktno sagorjevanje u gorionicima predvienim za
prirodni plin. Za proizvodnju topline bioplin se moe spaljivati na
mjestu proizvodnje ili se plinovodima transportirati do krajnjih
korisnika.
Bioplin nije potrebno proiavati kod proizvodnje topline jer
kontaminacija neistoama do odreenog nivoa ne predstavlja
ogranienje, kao to je to sluaj za druge naine primjene. No, prije
upotrebe bioplin prolazi proces kondenzacije, eliminacije estica,
kompresije, hlaenja i suenja.
10.5.Bioplin kao transportno gorivo
Koritenje biometana u transportnom sektoru ima veliki potencijal
i potencijalno znaajne socio-ekonomske koristi. Biometan se kao
pogonsko gorivo ve koristi u vedskoj,Njemakoj i vicarskoj.Broj
privatnih vozila, vozila u javnom prometu i kamiona koji koriste
plinsko gorivo je u znaajnom porastu. Biometan se u vozilima moe
koristiti na isti nain kao i prirodni plin.
11.ZAKLJUAKPostoje razni socijalni, ekonomski, ekoloki i tehniki
problemi i pitanja u proizvodnji i upotrebi biogoriva. Neki od njih
su: uticaj na cijene nafte i naftnih derivata, debata hrana vs.
gorivo, potencijal za smanjenje siromatva, razina emisije CO2,
odrivi razvoj u proizvodnji biogoriva, deforestacija i erozija tla,
smanjenje biodiverziteta, uticaj na izvore pitke vode i uticaj na
efikasnost i balans u koritenju energije. The International
Resource Panel u izvjetaju o biogorivima zakljuio je da se sva
biogoriva ne ponaaju jednako i nemaju isti uticaj na klimu,
sigurnost dobavljanja energije i ekosisteme i da se uticaji na
drutvo i okolinu trebaju pratiti kroz jedan ivotni vijek. Biogoriva
ine mnogo za neke poljoprivredne proizvoae, ali malo za okolinu.
Kukuruz, uzgaja li se u monokulturi, zahtijeva velike koliine
herbicida i azotnih gnjojiva te moe uzrokovati vee smanjenje
kvalitete tla nego druge kulture. Proizvodnja kukuruznog etanola
troi gotovo toliko fosilnih goriva koliko ih etanol zamjenjuje.
Zatitari okoline takoer strahuju da bi podizanje cijena kultura
moglo potaknuti poljoprivrednike da ponu iskoritavati zemljita
trenutano preputena zatiti i ouvanju ivotinjskoga svijeta, pa i ona
koja se koriste za proizvodnju hrane. Komisija UN-a je u julu 2007.
godine upozorila da upotreba tla te opskrba hranom i vodom ne smiju
biti ugroeni proizvodnjom biogoriva. Ne smiju biti ugroeni
biodiverzitet i raznovrstan privredni rast, to naroito prijeti
nerazvijenim zemljama. eli li se osigurati da prednosti biogoriva
ne budu na tetu proizvodnje hrane, jedini je nain da se odvoji i
osigura proizvodnja hrane. Iako su kukuruz i eerna trska
tradicionalni izvori etanola, on se moe proizvoditi od biljnih
stabljika, lia ili piljevine sirovina koje se najee bacaju.
Vizionari biogoriva daju prednost viegodinjim travama s dubokim
korijenima koje veu ugljik u tlu, pruaju stanite divljim
ivotinjama, sprjeavaju eroziju tla i daju obilje biogoriva.
Prednosti koritenja biogoriva: Ne zahtijevaju radikalne promjene
u principu rada motora automobila Jeftiniji je od fosilnih goriva
Smatraju se ugljik neutralnim gorivima jer se njihovim stvaranjem
troi ugljik dioksid, stav je nekih stunjaka, mada vlada i suprotno
miljenje da se emisija ugljik dioksida ne smanjuje u velikim
koliinama. Smanjuje ovisnost o uvozi stranih goriva, gubi se
monopol nekih drava. Emituju manje estine tvari u zrak, posebno
biodizel. Pri izgaranju su mnogo tii nego fosilna goriva, manje
prozvode zvuno zagaenje.Mada se na prvi pogled ini odlinom
alternativom dizelu fosilnog porijekla, proizvodnja biogoriva ima i
velikih nedostataka. Kako se za proizvodnju biogoriva koriste isti
resursi kao i za proizvodnju hrane, uzgoj poljoprivrednih kultura
za ovu namjenu die cijenu hrane, naroito u zemljama u razvoju. Uz
poskupljenje hrane, i samo biogorivo skuplje je od onog dobivenog
na klasian nain.Proizvodnja biogoriva je skupa i (prema nekim
studijama) koliina energije koja se troi na proizvodnju biogoriva
vea je od koliine energije koja se od njega moe dobiti. Sljedei
problem predstavlja uzgoj sirovina za biogoriva, poput soje, to moe
smanjiti biodiverzitet i dovesti do ekolokih problema.Veliki
paradoks je i to da se zbog osiguranja dodatnih sirovina za
proizvodnju biogoriva pojaano unitavaju amazonske praume, kako bi
se dobile velike obradive povrine.Smatra se da bi glavni problem
bio u svjetskim zalihama hrane, i od sadanjih zemalja izvoznika
hrane stvore zemlje uvoznice hrane. Pretjerana hiperprodukcija
hrane za potrebe automobila a ne ljudi.2008 godine UN-ov specijalni
izvjestilac za prava hrane, Jan Ziegler rekao je:..zloin protiv
ovjenosti je pretvarati obradivu zemlju u zemlju koja e proizvoditi
usjeve koji e se spaljivati kao gorivo...
12.LITERATURA
www.sciencedaily.com www.topnews.in priceofoil.org
www.dailytech.com www.economist.com www.ers.usda.gov
www.esru.strath.ac.uk www.future-science.com www.davidsuzuki.org
biomassmagazine.com www.nature.com www.nature.com www.scidev.net
www.time.com www.independent.co.uk www.bdpedia.com
www.ens-newswire.com news.bbc.co.uk biofuel.org.uk
www.biofuels-platform.ch www.gns.cri.nz www.makebiofuel.co.uk
www.utwente.nl solarbiofuels.org www.gafbiofuels.com www.ecoist.rs
energyobserver.com www.izvorienergije.com en.wikipedia.org
bioplin.webs.com bioeek.com www.eihp.hSarajevo 2012Page 1