V tomto blogovom príspevku porovnáme environmentálne vplyvy ropy a biomasy a preskúmame potenciál biomasy ako uhlíkovo neutrálneho a udržateľného zdroja energie.
Prestaňte s tým, čo robíte, a rozhliadnite sa okolo seba. Koľko z nespočetných predmetov, ktoré vás obklopujú, nie sú petrochemické produkty? Oblečenie, ktoré nosíte, súčiastky notebookov, atrament do tlačiarne – väčšina vecí sú buď samotné petrochemické produkty, alebo bez nich nemôžu správne fungovať. Bez preháňania možno povedať, že moderná spoločnosť funguje výlučne na rope. Väčšina produktov, ktoré denne používame, závisí od petrochemických látok, čo výrazne ovplyvňuje naše životy a ekonomiku ako celok.
Táto závislosť od ropy sa v palivovom sektore ďalej zvyšuje. Ropa sa používa nielen na dopravu – autá, lietadlá, lode – ale aj ako primárna surovina na výrobu energie. Ropa však pri použití ako palivo predstavuje niekoľko problémov. Hlavným problémom je, že jej spaľovaním vznikajú látky ako oxid uhličitý, oxid uhoľnatý, oxidy dusíka, oxidy síry a uhľovodíky, ktoré prispievajú ku globálnemu otepľovaniu a spôsobujú znečistenie ovzdušia. Tieto problémy presahujú rámec samotných environmentálnych obáv a predstavujú priamu hrozbu pre ľudské prežitie. Okrem toho existuje množstvo ďalších problémov súvisiacich so znečistením životného prostredia. Okrem toho existuje aj inherentný problém, že ropa je obmedzeným zdrojom, ktorý sa nakoniec vyčerpá. Preto cítime potrebu nájsť zdroje, ktoré môžu nahradiť ropu a neznečisťovať životné prostredie. Aké zdroje teda môžu nahradiť ropu?
Jednou z alternatív, ktorá sa javí ako schodná možnosť, je biomasa. Biomasa je zdroj, o ktorom sa očakáva, že nahradí ropu a v súčasnosti sa používa predovšetkým ako palivo v doprave. Energia z biomasy je uznávaná ako uhlíkovo neutrálny zdroj energie, pretože vracia oxid uhličitý absorbovaný počas rastu rastlín späť do atmosféry, čím sa dokončuje uhlíkový cyklus. To znamená, že ide o zdroj energie, ktorý nezvyšuje hladinu oxidu uhličitého v atmosfére, čo z nej robí významnú alternatívu pri riešení súčasnej energetickej krízy a environmentálnych problémov.
Bioetanol je jednou z foriem energie z biomasy, ktorá tvorí 80 % biopalív v doprave. Jeho význam rastie vďaka štandardu pre obnoviteľné palivá (RFS), ktorý zaviedlo množstvo krajín na celom svete a ktorý nariaďuje primiešavanie až 10 % bioetanolu do dopravných palív. Tento bioetanol otvára možnosť nahradenia fosílnych palív a etabloval sa ako kľúčový pilier ochrany životného prostredia a politiky udržateľnej energie.
Bioetanol sa vyrába z troch hlavných typov surovín: na báze cukru, na báze škrobu a lignocelulózy. V závislosti od suroviny sú potrebné ďalšie výrobné procesy. Po prvé, suroviny na báze cukru, ako je cukrová trstina a cukrová repa, sa môžu po fermentácii a čistení použiť ako palivový alkohol. Fermentácia zahŕňa použitie mikroorganizmov na fermentáciu cukru extrahovaného zo suroviny na výrobu etanolu. Čistenie je proces odparovania vody z roztoku etanolu a vody za účelom vytvorenia alkoholu s vysokou koncentráciou. Tieto dva procesy sú relatívne jednoduché, vďaka čomu je výroba etanolu zo surovín na báze cukru efektívna a ekonomická.
V prípade surovín na báze škrobu, ako je kukurica a pšenica, sa do výrobného procesu používaného pre suroviny na báze cukru pridáva krok sacharifikácie. Tento krok je nevyhnutný, pretože na rozdiel od surovín na báze cukru, ktorých hlavnou zložkou je cukor, hlavnou zložkou surovín na báze škrobu je škrob. Molekuly škrobu sú príliš veľké na to, aby ich mikroorganizmy priamo konzumovali, čo si vyžaduje premenu na menšie molekuly glukózy. Tento proces sacharifikácie je katalyzovaný enzýmami, predovšetkým amylázou. Keď sacharifikačný enzým hydrolyzuje škrob na glukózu, bioetanol sa potom vyrába fermentačnými a čistiacimi procesmi, podobnými procesom pri surovinách na báze cukru. Tento proces je o niečo zložitejší ako pri surovinách na báze cukru, ale zostáva komerčne životaschopný.
Lignocelulózové suroviny, ako je ryžová slama alebo strieborná tráva, vyžadujú pred procesom na báze škrobu dodatočný krok predúpravy. Lignocelulózové suroviny sa skladajú predovšetkým z celulózy, ktorá má veľmi veľkú molekulárnu štruktúru a nedá sa rozložiť len sacharifikáciou. Obsahujú tiež lignín, nerozpustný, žiaruvzdorný polymér, ktorý bráni rozkladu polysacharidov a znižuje povrchovú plochu mikrobiálnej aktivity. Preto sú potrebné procesy predúpravy aj sacharifikácie. Počas predúpravy sa molekulárna štruktúra uvoľňuje kyselinou alebo zásadou pri vysokých teplotách. Následne sa cukry rozkladajú pomocou enzýmov, ako je celuláza a xylanáza. Bioetanol sa potom vyrába fermentačnými a čistícími procesmi. Tento proces je zložitejší a nákladnejší ako procesy pri iných surovinách, čo v súčasnosti sťažuje komercializáciu.
Teraz sme preskúmali proces výroby bioetanolu. Ako už bolo spomenuté, proces sa stáva čoraz zložitejším a vyžaduje si ďalšie kroky, keďže prechádzame z cukrových na škrobové a lignocelulózové suroviny. To znamená vyššie náklady na proces a vzhľadom na ekonomickú životaschopnosť proces výroby lignocelulózových surovín stále čelí výzvam pri komercializácii. Suroviny na báze cukru a škrobu však majú svoje obmedzenia, pretože ako suroviny používajú potravinárske plodiny, čo ich robí drahými a ekonomicky neživotaschopnými. V dôsledku toho prebieha technologický vývoj na minimalizáciu nákladov na lignocelulózové procesy a vyvíjajú sa aj techniky využívajúce morské riasy ako surovinu, čo výrazne znižuje náklady na suroviny.
Technológia biomasy stále čelí technickým výzvam a má nevýhodu, že je drahšia ako fosílne palivá, ako je ropa. Biomasa má však potenciál nahradiť ropu, obmedzený zdroj, v čase, keď sú zásoby ropy čoraz viac vyčerpávané. Navyše, na rozdiel od fosílnych palív ide o obnoviteľné palivo s nižšími obavami zo znečistenia životného prostredia, čo z nej robí čoraz dôležitejšiu otázku pre budúcnosť. Rozvoj a využívanie alternatívnych zdrojov energie, ako je biomasa, sú nevyhnutné pre udržateľné zásobovanie energiou, čo je záležitosť úzko spätá s prežitím budúcich generácií. Popri tom sú kriticky potrebné aj politiky a technologická podpora na zvýšenie energetickej účinnosti a minimalizáciu vplyvu na životné prostredie.
