Šajā emuāra ierakstā mēs salīdzināsim naftas un biomasas ietekmi uz vidi un izpētīsim biomasas potenciālu kā oglekļa neitrālu un ilgtspējīgu enerģijas avotu.
Apturi iesākto un paskaties apkārt. Cik daudzi no neskaitāmajiem objektiem, kas atrodas tev apkārt, nav naftas ķīmijas produkti? Apģērbs, ko tu valkā, klēpjdatoru komponenti, printeru tinte — lielākā daļa priekšmetu paši ir naftas ķīmijas produkti vai arī bez tiem nevar pareizi darboties. Nebūtu pārspīlēti teikt, ka mūsdienu sabiedrība pilnībā darbojas ar naftu. Lielākā daļa produktu, ko mēs ikdienā lietojam, ir atkarīgi no naftas ķīmijas produktiem, kas būtiski ietekmē mūsu dzīvi un ekonomiku kopumā.
Šī atkarība no naftas degvielas sektorā vēl vairāk pieaug. Nafta tiek izmantota ne tikai transportam — automašīnām, lidmašīnām, kuģiem —, bet arī kā galvenā izejviela elektroenerģijas ražošanai. Tomēr nafta rada vairākas problēmas, ja to izmanto kā degvielu. Galvenā problēma ir tā, ka tās sadegšanas laikā rodas tādas vielas kā oglekļa dioksīds, oglekļa monoksīds, slāpekļa oksīdi, sēra oksīdi un ogļūdeņraži, kas veicina globālo sasilšanu un rada gaisa piesārņojumu. Šīs problēmas sniedzas tālāk par tikai vides bažām, radot tiešus draudus cilvēku izdzīvošanai. Papildus tam pastāv arī daudzas citas ar vides piesārņojumu saistītas problēmas. Turklāt pastāv arī problēma, ka nafta ir ierobežots resurss, kas galu galā izsīks. Tāpēc mēs jūtam nepieciešamību atrast resursus, kas var aizstāt naftu un nepiesārņo vidi. Tātad, kādi resursi var aizstāt naftu?
Viena no alternatīvām, kas parādās kā dzīvotspējīga iespēja, ir biomasa. Biomasa ir resurss, kas, domājams, aizstās naftu, un pašlaik to galvenokārt izmanto kā transporta degvielu. Biomasas enerģija tiek atzīta par oglekļa neitrālu enerģijas avotu, jo tā atgriež atmosfērā augu augšanas laikā absorbēto oglekļa dioksīdu, pabeidzot oglekļa ciklu. Tas nozīmē, ka tas ir enerģijas avots, kas nepalielina atmosfēras oglekļa dioksīda līmeni, padarot to par ievērojamu alternatīvu pašreizējās enerģijas krīzes un vides problēmu risināšanai.
Bioetanols ir viens no biomasas enerģijas veidiem, kas veido 80% no transporta biodegvielas. Tā popularitāte pieaug, pateicoties Atjaunojamās degvielas standartam (RFS), ko ieviesušas daudzas valstis visā pasaulē un kas nosaka, ka transporta degvielā jāpievieno līdz 10% bioetanola. Šis bioetanols paver iespēju aizstāt fosilo kurināmo, kļūstot par būtisku vides aizsardzības un ilgtspējīgas enerģijas politikas pīlāru.
Bioetanolu ražo no trim galvenajiem izejvielu veidiem: cukura, cietes un lignocelulozes. Atkarībā no izejvielām ir nepieciešami papildu ražošanas procesi. Pirmkārt, cukura izejvielas, piemēram, cukurniedres un cukurbietes, pēc fermentācijas un attīrīšanas procesiem var izmantot kā kurināmo spirtu. Fermentācija ietver mikroorganismu izmantošanu, lai fermentētu no izejvielām iegūto cukuru, lai iegūtu etanolu. Attīrīšana ir ūdens iztvaicēšanas process no etanola-ūdens šķīduma, lai iegūtu augstas koncentrācijas spirtu. Šie divi procesi ir samērā vienkārši, padarot etanola ražošanu no cukura izejvielām efektīvu un ekonomisku.
Cietes bāzes izejvielām, piemēram, kukurūzai un kviešiem, ražošanas procesam, ko izmanto cukura bāzes izejvielām, pievieno saharifikācijas posmu. Šis posms ir nepieciešams, jo atšķirībā no cukura bāzes izejvielām, kuru galvenā sastāvdaļa ir cukurs, cietes bāzes izejvielu galvenā sastāvdaļa ir ciete. Cietes molekulas ir pārāk lielas, lai mikroorganismi tās varētu tieši patērēt, tāpēc tās ir jāpārveido mazākās glikozes molekulās. Šo saharifikācijas procesu katalizē enzīmi, galvenokārt amilāze. Kad saharifikācijas enzīms hidrolizē cieti glikozē, bioetanols tiek ražots, izmantojot fermentācijas un attīrīšanas procesus, kas ir līdzīgi kā cukura bāzes izejvielām. Šis process ir nedaudz sarežģītāks nekā cukura bāzes izejvielām, taču tas joprojām ir komerciāli dzīvotspējīgs.
Lignocelulozes izejvielām, piemēram, rīsu salmiem vai sudrabzālei, pirms cietes bāzes procesa ir nepieciešama papildu pirmapstrādes pakāpe. Lignocelulozes izejvielas galvenokārt sastāv no celulozes, kurai ir ļoti liela molekulārā struktūra un ko nevar sadalīt tikai ar saharifikāciju. Tās satur arī lignīnu — nešķīstošu, ugunsizturīgu polimēru, kas kavē polisaharīdu sadalīšanos un samazina mikrobu aktivitātes virsmas laukumu. Tāpēc ir nepieciešami gan pirmapstrādes, gan saharifikācijas procesi. Pirmapstrādes laikā molekulārā struktūra tiek atbrīvota, apstrādājot ar skābi vai bāzi augstā temperatūrā. Pēc tam cukuri tiek sadalīti, izmantojot tādus enzīmus kā celulāze un ksilanāze. Pēc tam bioetanolu ražo, izmantojot fermentācijas un attīrīšanas procesus. Šis process ir sarežģītāks un dārgāks nekā citu izejvielu process, kas pašlaik apgrūtina komercializāciju.
Tagad esam pārskatījuši bioetanola ražošanas procesu. Kā jau minēts iepriekš, process kļūst arvien sarežģītāks un prasa papildu darbības, pārejot no cukura bāzes uz cietes bāzes un lignocelulozes izejvielām. Tas nozīmē augstākas procesa izmaksas, un, ņemot vērā ekonomisko dzīvotspēju, lignocelulozes izejvielu procesa komercializācija joprojām ir sarežģīta. Tomēr cukura un cietes bāzes izejvielām ir ierobežojumi, jo tās kā izejvielas izmanto pārtikas kultūras, padarot tās dārgas un ekonomiski neizdevīgas. Līdz ar to notiek tehnoloģiskā attīstība, lai samazinātu lignocelulozes procesu izmaksas, un tiek izstrādātas arī metodes, kurās kā izejvielu izmanto jūraszāles, kas ievērojami samazina izejvielu izmaksas.
Biomasas tehnoloģija joprojām saskaras ar tehniskām problēmām, un tās trūkums ir tā, ka tā ir dārgāka nekā fosilais kurināmais, piemēram, nafta. Tomēr biomasai ir potenciāls aizstāt naftu, kas ir ierobežots resurss, laikā, kad naftas rezerves arvien vairāk izsīkst. Turklāt, atšķirībā no fosilā kurināmā, tā ir atjaunojama degviela ar mazākām vides piesārņojuma bažām, padarot to par arvien svarīgāku jautājumu nākotnē. Alternatīvu enerģijas resursu, piemēram, biomasas, attīstība un izmantošana ir būtiska ilgtspējīgai energoapgādei, kas ir cieši saistīts ar nākamo paaudžu izdzīvošanu. Līdztekus tam ir kritiski nepieciešama arī politika un tehnoloģiskais atbalsts energoefektivitātes uzlabošanai un ietekmes uz vidi samazināšanai.
