W tym wpisie na blogu porównamy wpływ ropy naftowej i biomasy na środowisko oraz zbadamy potencjał biomasy jako neutralnego pod względem emisji dwutlenku węgla i zrównoważonego źródła energii.
Przestań robić to, co robisz, i rozejrzyj się wokół. Spośród niezliczonych przedmiotów wokół ciebie, ile z nich nie jest produktami petrochemicznymi? Ubrania, które nosisz, podzespoły do laptopów, tusz do drukarek – większość przedmiotów albo sama w sobie jest produktem petrochemicznym, albo nie może bez niego prawidłowo funkcjonować. Nie będzie przesadą stwierdzenie, że współczesne społeczeństwo opiera się wyłącznie na ropie naftowej. Większość produktów, których używamy na co dzień, jest oparta na petrochemikaliach, co znacząco wpływa na nasze życie i całą gospodarkę.
To uzależnienie od ropy naftowej jeszcze bardziej wzrasta w sektorze paliwowym. Ropa naftowa jest wykorzystywana nie tylko do transportu – samochodów, samolotów, statków – ale także jako główny surowiec do produkcji energii. Jednak ropa naftowa stwarza szereg problemów, gdy jest wykorzystywana jako paliwo. Głównym problemem jest to, że jej spalanie powoduje emisję substancji takich jak dwutlenek węgla, tlenek węgla, tlenki azotu, tlenki siarki i węglowodory, które przyczyniają się do globalnego ocieplenia i powodują zanieczyszczenie powietrza. Problemy te wykraczają poza kwestie środowiskowe, stanowiąc bezpośrednie zagrożenie dla przetrwania ludzkości. Poza tym istnieje wiele innych problemów związanych z zanieczyszczeniem środowiska. Co więcej, istnieje również nieodłączny problem ropy naftowej jako zasobu ograniczonego, który ostatecznie się wyczerpie. Dlatego odczuwamy potrzebę znalezienia zasobów, które mogą zastąpić ropę naftową i nie zanieczyszczają środowiska. Jakie zatem zasoby mogą zastąpić ropę naftową?
Jedną z alternatyw, która wyłania się jako realna opcja, jest biomasa. Biomasa to surowiec, który ma zastąpić ropę naftową i jest obecnie wykorzystywany głównie jako paliwo transportowe. Energia z biomasy jest uznawana za neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla źródło energii, ponieważ oddaje dwutlenek węgla pochłonięty podczas wzrostu roślin z powrotem do atmosfery, zamykając cykl węglowy. Oznacza to, że jest to źródło energii, które nie zwiększa poziomu dwutlenku węgla w atmosferze, co czyni je znaczącą alternatywą w walce z obecnym kryzysem energetycznym i problemami środowiskowymi.
Bioetanol to jedna z form energii z biomasy, stanowiąca 80% biopaliw stosowanych w transporcie. Jego znaczenie rośnie dzięki Standardowi Paliw Odnawialnych (RFS), wdrożonemu przez wiele krajów na całym świecie, który nakazuje dodawanie do 10% bioetanolu do paliw stosowanych w transporcie. Bioetanol ten otwiera możliwość zastąpienia paliw kopalnych, stając się kluczowym filarem ochrony środowiska i zrównoważonej polityki energetycznej.
Bioetanol jest produkowany z trzech głównych rodzajów surowców: cukrowych, skrobiowych i lignocelulozowych. W zależności od surowca, wymagane są dodatkowe procesy produkcyjne. Po pierwsze, surowce cukrowe, takie jak trzcina cukrowa i buraki cukrowe, mogą być wykorzystywane jako alkohol paliwowy po poddaniu ich procesom fermentacji i oczyszczania. Fermentacja polega na wykorzystaniu mikroorganizmów do fermentacji cukru wyekstrahowanego z surowca w celu produkcji etanolu. Oczyszczanie to proces odparowywania wody z roztworu etanolu i wody w celu uzyskania alkoholu o wysokim stężeniu. Te dwa procesy są stosunkowo proste, co sprawia, że produkcja etanolu z surowców cukrowych jest wydajna i ekonomiczna.
W przypadku surowców skrobiowych, takich jak kukurydza i pszenica, do procesu produkcyjnego surowców na bazie cukru dodaje się etap scukrzania. Etap ten jest konieczny, ponieważ w przeciwieństwie do surowców na bazie cukru, których głównym składnikiem jest cukier, głównym składnikiem surowców na bazie skrobi jest skrobia. Cząsteczki skrobi są zbyt duże, aby mikroorganizmy mogły je bezpośrednio skonsumować, co wymusza konieczność ich przekształcenia w mniejsze cząsteczki glukozy. Ten proces scukrzania jest katalizowany przez enzymy, głównie amylazę. Gdy enzym scukrzający zhydrolizuje skrobię do glukozy, bioetanol jest następnie wytwarzany w procesach fermentacji i oczyszczania, podobnych do tych stosowanych w przypadku surowców na bazie cukru. Proces ten jest nieco bardziej złożony niż w przypadku surowców na bazie cukru, ale nadal opłacalny komercyjnie.
Surowce lignocelulozowe, takie jak słoma ryżowa czy srebrzysta trawa, wymagają dodatkowego etapu obróbki wstępnej przed procesem opartym na skrobi. Surowce lignocelulozowe składają się głównie z celulozy, która ma bardzo dużą strukturę cząsteczkową i nie może być rozłożona przez samo scukrzanie. Zawierają również ligninę, nierozpuszczalny, oporny polimer, który utrudnia rozkład polisacharydów i zmniejsza powierzchnię aktywności mikrobiologicznej. Dlatego wymagane są zarówno procesy obróbki wstępnej, jak i scukrzania. Podczas obróbki wstępnej struktura molekularna jest rozluźniana poprzez działanie kwasem lub zasadą w wysokich temperaturach. Następnie cukry są rozkładane za pomocą enzymów, takich jak celulaza i ksylanaza. Bioetanol jest następnie produkowany w procesach fermentacji i oczyszczania. Proces ten jest bardziej złożony i kosztowny niż w przypadku innych surowców, co utrudnia obecnie jego komercjalizację.
Dokonaliśmy przeglądu procesu produkcji bioetanolu. Jak wspomniano wcześniej, proces ten staje się coraz bardziej złożony i wymaga dodatkowych etapów, w miarę jak przechodzimy od surowców na bazie cukru do skrobi, a następnie lignocelulozy. Oznacza to wyższe koszty procesu, a biorąc pod uwagę opłacalność ekonomiczną, komercjalizacja procesu produkcji surowców lignocelulozowych nadal stoi przed wyzwaniami. Surowce na bazie cukru i skrobi mają jednak ograniczenia, ponieważ wykorzystują rośliny spożywcze jako surowce, co czyni je drogimi i nieopłacalnymi ekonomicznie. W związku z tym trwają prace technologiczne mające na celu minimalizację kosztów procesów lignocelulozowych, a także opracowywane są techniki wykorzystujące wodorosty morskie jako surowiec, co znacznie obniża koszty surowców.
Technologia biomasy wciąż stoi przed wyzwaniami technicznymi i ma tę wadę, że jest droższa niż paliwa kopalne, takie jak ropa naftowa. Jednak biomasa ma potencjał, aby zastąpić ropę naftową, która jest zasobem ograniczonym, w czasach, gdy zasoby ropy naftowej są coraz bardziej ograniczone. Co więcej, w przeciwieństwie do paliw kopalnych, jest paliwem odnawialnym i wiąże się z mniejszym ryzykiem zanieczyszczenia środowiska, co czyni ją coraz ważniejszą kwestią w przyszłości. Rozwój i wykorzystanie alternatywnych źródeł energii, takich jak biomasa, są niezbędne dla zrównoważonego zaopatrzenia w energię, co jest kwestią ściśle związaną z przetrwaniem przyszłych pokoleń. Równocześnie, niezbędne są strategie i wsparcie technologiczne mające na celu poprawę efektywności energetycznej i minimalizację wpływu na środowisko.
