U ovom blog postu usporedit ćemo utjecaje nafte i biomase na okoliš te istražiti potencijal biomase kao ugljično neutralnog i održivog izvora energije.
Prestanite s onim što radite i osvrnite se oko sebe. Među bezbrojnim predmetima koji vas okružuju, koliko ih nije petrokemijski proizvod? Odjeća koju nosite, komponente prijenosnih računala, tinta za pisač - većina predmeta su ili sami petrokemijski proizvodi ili ne mogu ispravno funkcionirati bez njih. Nije pretjerano reći da moderno društvo u potpunosti funkcionira na nafti. Većina proizvoda koje svakodnevno koristimo ovisi o petrokemijskim proizvodima, što značajno utječe na naše živote i gospodarstvo u cjelini.
Ova ovisnost o nafti dodatno se povećava u sektoru goriva. Nafta se ne koristi samo za prijevoz - automobile, avione, brodove - već i kao primarna sirovina za proizvodnju energije. Međutim, nafta predstavlja nekoliko problema kada se koristi kao gorivo. Glavni problem je što njezino izgaranje proizvodi tvari poput ugljikovog dioksida, ugljikovog monoksida, dušikovih oksida, sumpornih oksida i ugljikovodika, koji doprinose globalnom zagrijavanju i uzrokuju onečišćenje zraka. Ovi problemi nadilaze puke ekološke probleme i predstavljaju izravnu prijetnju ljudskom opstanku. Osim toga, postoje brojni drugi problemi povezani sa onečišćenjem okoliša. Nadalje, postoji i inherentno pitanje nafte kao ograničenog resursa koji će se na kraju iscrpiti. Stoga osjećamo potrebu pronaći resurse koji mogu zamijeniti naftu, a da pritom ne zagađuju okoliš. Dakle, koji resursi mogu zamijeniti naftu?
Jedna alternativa koja se pojavljuje kao održiva opcija je biomasa. Biomasa je resurs za koji se očekuje da će zamijeniti naftu, a trenutno se prvenstveno koristi kao gorivo za prijevoz. Energija biomase prepoznata je kao ugljično neutralan izvor energije jer vraća ugljični dioksid apsorbiran tijekom rasta biljaka natrag u atmosferu, dovršavajući ciklus ugljika. To znači da je to izvor energije koji ne povećava razinu ugljičnog dioksida u atmosferi, što je čini značajnom alternativom za rješavanje trenutne energetske krize i ekoloških problema.
Bioetanol je jedan od oblika energije iz biomase, koji čini 80% biogoriva za promet. Njegova važnost raste zbog Standarda za obnovljiva goriva (RFS) koji su uvele brojne zemlje diljem svijeta, a koji nalaže miješanje do 10% bioetanola u goriva za promet. Ovaj bioetanol otvara mogućnost zamjene fosilnih goriva, etablirajući se kao ključni stup zaštite okoliša i politike održive energije.
Bioetanol se proizvodi iz tri glavne vrste sirovina: na bazi šećera, na bazi škroba i lignoceluloze. Ovisno o sirovini, potrebni su dodatni proizvodni procesi. Prvo, sirovine na bazi šećera, poput šećerne trske i šećerne repe, mogu se koristiti kao gorivni alkohol nakon što prođu procese fermentacije i pročišćavanja. Fermentacija uključuje korištenje mikroorganizama za fermentaciju šećera ekstrahiranog iz sirovine za proizvodnju etanola. Pročišćavanje je proces isparavanja vode iz otopine etanola i vode kako bi se stvorio alkohol visoke koncentracije. Ova dva procesa su relativno jednostavna, što proizvodnju etanola iz sirovina na bazi šećera čini učinkovitom i ekonomičnom.
Za sirovine na bazi škroba, poput kukuruza i pšenice, proizvodnom procesu koji se koristi za sirovine na bazi šećera dodaje se korak saharifikacije. Ovaj korak je potreban jer, za razliku od sirovina na bazi šećera gdje je glavna komponenta šećer, glavna komponenta sirovina na bazi škroba je škrob. Molekule škroba su prevelike da bi ih mikroorganizmi izravno konzumirali, što zahtijeva pretvorbu u manje molekule glukoze. Ovaj proces saharifikacije kataliziraju enzimi, prvenstveno amilaza. Nakon što enzim saharifikacije hidrolizira škrob u glukozu, bioetanol se zatim proizvodi procesima fermentacije i pročišćavanja, sličnim onima za sirovine na bazi šećera. Ovaj proces je nešto složeniji nego za sirovine na bazi šećera, ali ostaje komercijalno održiv.
Lignocelulozne sirovine poput rižine slame ili srebrne trave zahtijevaju dodatni korak predobrade prije nego što prođu kroz proces na bazi škroba. Lignocelulozne sirovine prvenstveno se sastoje od celuloze, koja ima vrlo veliku molekularnu strukturu i ne može se razgraditi samo saharifikacijom. Također sadrže lignin, netopljivi, vatrostalni polimer koji sprječava razgradnju polisaharida i smanjuje površinu mikrobne aktivnosti. Stoga su potrebni i procesi predobrade i saharifikacije. Tijekom predobrade, molekularna struktura se labavi kiselom ili baznom obradom na visokim temperaturama. Nakon toga, šećeri se razgrađuju pomoću enzima poput celulaze i ksilanaze. Bioetanol se zatim proizvodi procesima fermentacije i pročišćavanja. Ovaj proces je složeniji i skuplji od onih za druge sirovine, što komercijalizaciju trenutno čini izazovnom.
Sada smo pregledali proces proizvodnje bioetanola. Kao što je ranije spomenuto, proces postaje sve složeniji i zahtijeva dodatne korake kako prelazimo sa sirovina na bazi šećera na one na bazi škroba i lignoceluloze. To znači veće troškove procesa, a s obzirom na ekonomsku isplativost, proces proizvodnje lignocelulozne sirovine i dalje se suočava s izazovima komercijalizacije. Međutim, sirovine na bazi šećera i škroba imaju ograničenja jer koriste prehrambene usjeve kao sirovine, što ih čini skupim i ekonomski neisplativim. Posljedično, u tijeku je tehnološki razvoj kako bi se smanjili troškovi lignoceluloznih procesa, a razvijaju se i tehnike koje koriste morske alge kao sirovinu, što značajno smanjuje troškove sirovina.
Tehnologija biomase još se uvijek suočava s tehničkim izazovima i ima nedostatak što je skuplja od fosilnih goriva poput nafte. Međutim, biomasa ima potencijal zamijeniti naftu, ograničen resurs, u vrijeme kada se rezerve nafte sve više iscrpljuju. Nadalje, za razliku od fosilnih goriva, to je obnovljivo gorivo s manjim rizikom od onečišćenja okoliša, što ga čini sve važnijim pitanjem za budućnost. Razvoj i korištenje alternativnih energetskih izvora poput biomase ključni su za održivu opskrbu energijom, što je usko povezano s opstankom budućih generacija. Uz to, kritično su potrebne i politike i tehnološka podrška za povećanje energetske učinkovitosti i smanjenje utjecaja na okoliš.
