В тази публикация в блога ще сравним въздействието върху околната среда на петрола и биомасата и ще проучим потенциала на биомасата като въглеродно неутрален и устойчив енергиен източник.
Спрете това, което правите, и се огледайте. Сред безбройните предмети, които ви заобикалят, колко от тях не са нефтохимически продукти? Дрехите, които носите, компонентите на лаптопите, мастилото за принтери - повечето предмети или самите те са нефтохимически продукти, или не могат да функционират правилно без тях. Не е преувеличено да се каже, че съвременното общество работи изцяло на петрол. Повечето продукти, които използваме ежедневно, зависят от нефтохимикали, което оказва значително влияние върху живота ни и икономиката като цяло.
Тази зависимост от петрола се увеличава допълнително в горивния сектор. Петролът се използва не само за транспорт – автомобили, самолети, кораби – но и като основна суровина за производство на енергия. Петролът обаче създава няколко проблема, когато се използва като гориво. Основен проблем е, че изгарянето му произвежда вещества като въглероден диоксид, въглероден оксид, азотни оксиди, серни оксиди и въглеводороди, които допринасят за глобалното затопляне и замърсяват въздуха. Тези проблеми се простират отвъд обикновените екологични проблеми, представлявайки пряка заплаха за оцеляването на човека. Освен това съществуват множество други проблеми, свързани със замърсяването на околната среда. Освен това съществува и присъщият проблем с това, че петролът е ограничен ресурс, който в крайна сметка ще се изчерпи. Следователно, ние чувстваме необходимостта да намерим ресурси, които могат да заменят петрола и да не замърсяват околната среда. И така, какви ресурси могат да заменят петрола?
Една алтернатива, която се очертава като жизнеспособна опция, е биомасата. Биомасата е ресурс, който се очаква да замени петрола и в момента се използва предимно като гориво за транспорт. Енергията от биомаса е призната за въглеродно неутрален енергиен източник, защото връща въглеродния диоксид, абсорбиран по време на растежа на растенията, обратно в атмосферата, завършвайки въглеродния цикъл. Това означава, че е енергиен източник, който не увеличава нивата на въглероден диоксид в атмосферата, което го прави забележителна алтернатива за справяне с настоящата енергийна криза и екологични проблеми.
Биоетанолът е една от формите на енергия от биомаса, представляваща 80% от транспортните биогорива. Значението му нараства благодарение на Стандарта за възобновяеми горива (RFS), въведен от множество страни по света, който изисква смесването на до 10% биоетанол в транспортните горива. Този биоетанол открива възможността за заместване на изкопаемите горива, утвърждавайки се като ключов стълб на политиката за опазване на околната среда и устойчива енергетика.
Биоетанолът се произвежда от три основни вида суровини: на основата на захар, на основата на нишесте и лигноцелулозен. В зависимост от суровината са необходими допълнителни производствени процеси. Първо, суровини на основата на захар, като захарна тръстика и захарно цвекло, могат да се използват като горивен алкохол след преминаване през процеси на ферментация и пречистване. Ферментацията включва използването на микроорганизми за ферментация на захарта, извлечена от суровината, за да се получи етанол. Пречистването е процес на изпаряване на вода от разтвор на етанол и вода, за да се създаде алкохол с висока концентрация. Тези два процеса са сравнително прости, което прави производството на етанол от суровини на основата на захар ефикасно и икономично.
За суровини на основата на нишесте, като царевица и пшеница, към производствения процес, използван за суровини на основата на захар, се добавя стъпка на захарификация. Тази стъпка е необходима, защото за разлика от суровините на основата на захар, където основният компонент е захарта, основният компонент на суровините на основата на нишесте е нишестето. Молекулите на нишестето са твърде големи, за да бъдат консумирани директно от микроорганизмите, което налага превръщането им в по-малки молекули глюкоза. Този процес на захарификация се катализира от ензими, предимно амилаза. След като ензимът за захарификация хидролизира нишестето в глюкоза, се произвежда биоетанол чрез процеси на ферментация и пречистване, подобни на тези за суровини на основата на захар. Този процес е малко по-сложен, отколкото за суровини на основата на захар, но остава търговски жизнеспособен.
Лигноцелулозните суровини като оризова слама или сребърна трева изискват допълнителна стъпка на предварителна обработка, преди да преминат през процеса на основата на нишесте. Лигноцелулозните суровини са съставени предимно от целулоза, която има много голяма молекулна структура и не може да бъде разградена само чрез захарификация. Те съдържат също лигнин, неразтворим, огнеупорен полимер, който възпрепятства разграждането на полизахаридите и намалява повърхностната площ на микробната активност. Следователно са необходими както процеси на предварителна обработка, така и процеси на захарификация. По време на предварителната обработка молекулната структура се разхлабва чрез киселинна или основна обработка при високи температури. Впоследствие захарите се разграждат с помощта на ензими като целулаза и ксиланаза. След това се произвежда биоетанол чрез процеси на ферментация и пречистване. Този процес е по-сложен и скъп от този за други суровини, което прави комерсиализацията му трудна в момента.
Вече разгледахме процеса на производство на биоетанол. Както бе споменато по-рано, процесът става все по-сложен и изисква допълнителни стъпки, когато преминаваме от суровини на базата на захар към суровини на базата на нишесте и към лигноцелулозни суровини. Това означава по-високи разходи за процеса и, като се има предвид икономическата жизнеспособност, процесът на производство на лигноцелулозна суровина все още е изправен пред предизвикателства за комерсиализация. Суровините на базата на захар и нишесте обаче имат ограничения, тъй като използват хранителни култури като суровини, което ги прави скъпи и икономически нежизнеспособни. Следователно, в ход са технологични разработки за минимизиране на разходите за лигноцелулозни процеси, а също така се разработват и техники, използващи морски водорасли като суровина, което значително намалява разходите за суровини.
Технологията за биомаса все още е изправена пред технически предизвикателства и има недостатъка да е по-скъпа от изкопаемите горива като петрола. Биомасата обаче има потенциала да замести петрола, ограничен ресурс, във време, когато запасите от петрол все повече се изчерпват. Освен това, за разлика от изкопаемите горива, тя е възобновяемо гориво с по-ниски опасения за замърсяване на околната среда, което я прави все по-важен въпрос за бъдещето. Разработването и използването на алтернативни енергийни ресурси като биомасата са от съществено значение за устойчивото енергийно снабдяване, въпрос, тясно свързан с оцеляването на бъдещите поколения. Наред с това, политиките и технологичната подкрепа за повишаване на енергийната ефективност и минимизиране на въздействието върху околната среда също са критично необходими.
