Innowacyjne metody produkcji biopaliw

Transkrypt

1 SEMINARIA Innowacyjne metody produkcji biopaliw IETU Prof. dr hab. Stefan Godzik Współorganizator Przedsiębiorstwo Gospodarki Wodnej i Rekultywacji S.A. z Jastrzębia Zdroju

2 Plan seminarium Biomasa źródłem surowców do produkcji alkoholi oraz paliw syntetycznych. Hodowla glonów jako źródło biodiesla (olej napędowy). Procesy fotosyntezy oraz acetogenezy jako źródło wodoru. Produkcja biopaliw z surowców, które są lub mogą stanowić poŝywienie dla ludzi lub paszę dla zwierząt nie będą rozwaŝane. 2

3 Dlaczego biopaliwa? 1. Wyczerpywanie się zasobów ropy naftowej i uwarunkowania polityczne w jej dostawie zmuszają do działań długofalowych. 2. Państwa (rządy) dbają o wzrost bezpieczeństwa energetycznego swoich krajów w zakresie transportu a międzynarodowe koncerny paliwowe o ciągłość dochodów (zysków). 3. Zapewnienie paliwa dla sektora transportu, w sytuacji załamania dostaw ropy naftowej, jej wysokich cen, ma znaczenie strategiczne. 4. Produkcja biopaliw jako jednego z odnawialnych źródeł energii jest fragmentem tych działań. 5. Dla osiągnięcia zakładanych celów, niezbędne są intensywne prace badawcze i wdroŝeniowe. 3

4 BieŜące potrzeby energetyczne organizmu człowieka, zaspokajane poŝywieniem, szacowane są na 100 Wat. Na utrzymanie stylu i poziomu Ŝycia współczesny obywatel USA, a moŝna mniemać i pewnej części krajów Europy, zuŝywa ponad sto razy więcej (Logan, 2008). Zawartość węgla organicznego w biomasie róŝnych grup roślin lądowych, które są wykorzystywane, lub proponowane do wykorzystania jako odnawialne źródła energii, waha się od 49 % w przypadku drewna wierzby wiciowej, drzew liściastych, traw oraz słomy zbóŝ do 55 % w przypadku kory drzew liściastych. StęŜenie wodoru w biomasie tych samych grup roślin waha się pomiędzy 6.1 a 6,3 % (Obernberger i wsp. 2006). 4

5 Źródła surowców 5

6 6

7 Źródło: Schlegel,

8 Zymomonas mobilis bakteria beztlenowa, fermentacja soku z agawy (Ameryka środkowa). W klasycznej fermentacji okresowej uzyskuje się wydajność rzędu g etanolu z 1 litra hodowli w ciągu godziny. Przy fermentacji ciągłej jednostopniowej moŝna uzyskać do 6g/l,h, a w procesie wielostopniowym do 10 g/l.h. Przy zastosowaniu metod usuwania alkoholu wydajność moŝe wzrosnąć do g/l.h. Zagęszczanie biomasy i immobilizacja wzrost do g/l.h. Źródło: Chmiel

9 Rozkład biomasy roślin, a więc głównie celulozy, hemicelulozy oraz lignin przebiega w środowisku przyrodniczym w sposób naturalny. Szybciej i w stopniu znacznie bardziej intensywnym przebiega w przewodach pokarmowych przeŝuwaczy oraz np. termitów. Dotyczy to równieŝ drobnoustrojów (konsorcjów) występujących w składowiskach odpadów komunalnych. Poszukuje się drobnoustrojów, których produktami fermentacji są nie tylko etanol, lecz takŝe butanol i aceton (np. Clostridium beijerincki). Poszukuje się drobnoustrojów, które rozkładałyby lignocelulozę i były zdolne do fermentacji nie tylko heksoz, lecz równieŝ pentoz zawartych w hemicelulozie. 9

10 Warunkiem wykorzystania składników biomasy (celuloza, hemicelulozy i ligniny) do produkcji alkoholi jako paliw płynnych (etanolu, butanolu, i i.) jest moŝliwość scukrzania celulozy i hemiceluloz. Rozkład polisacharydów moŝna prowadzić na drodze enzymatycznej lub metodami chemicznymi. Preparaty enzymatyczne są drogie, a hydrolizaty uzyskane na drodze chemicznej zawierają inhibitory dla fermentacji. Rozwiązanie tego problemu przewidywano na lata Ostatnie publikacje przesuwają ten termin na rok Jako źródło cukrów do fermentacji nie jest wykorzystywana lignina. Wartość energetyczna etanolu odpowiada 70% wartości energetycznej benzyny (jednostki objętości). 10

11 Podsumowanie 1. Produkcja i przetwarzanie biomasy roślin (biokonwersja) na płynne i/lub gazowe paliwa jest właściwie bezalternatywna, jeśli uwzględnimi dłuŝszą perspektywę czasową. 2. W upowszechnieniu etanolu jako biopaliwa przeszkodą moŝe być konieczność tworzenia nowej sieci dystrybucji. Etanol, ze względu na swoje właściwości, nie moŝe być rozprowadzany w tej samej sieci co benzyny lub olej napędowy. Wartość energetyczna etanolu, to 70% wartości energetycznej benzyny (jednostki objętości). 3. NaleŜy oczekiwać zwiększonego zainteresowania fermentacjami mieszanymi, w wyniku których obok etanolu powstają aceton oraz butanol. 4. Ze względu na lepsze wykorzystanie biomasy roślin lądowych, bardziej korzystną wydaje piroliza lub gazyfikacja biomasy i synteza paliw typu benzyny oraz oleju napędowego. Wartość energetyczna biodiesla jest niŝsza od wartości energetycznej oleju napędowego o 2 3%. 11

12 Podsumowanie c.d. 5. Ze względu na produktywność oraz skład chemiczny, największe potencjalnie, moŝliwości produkcji biopaliw stwarza hodowla i wykorzystanie glonów Produkcja wodoru w celu wykorzystania jako biopaliwa w sektorze transportu, wydaje się najmniej zaawansowana. OstroŜność w formułowaniu zdecydowanych opinii jest uzasadniona tym, iŝ wiele prognoz okazało się zbyt optymistycznymi. Konieczne są badania określane jako podstawowe. Rozwój inŝynierii genetycznej daje uzasadnione nadzieje na osiągnięcie zakładanych celów w postaci wzrostu bezpieczeństwa energetycznego. 12

13 W przygotowaniu prezentacji wykorzystano materiały publikowane głównie w latach 2008 i Dodds D.R, R.A. Gross. Science 318, ,2007. Kunkes E. L. et al.. Science 322, ,2008. Ishida Y. et all.. Biomass and Bioenergy 33,8-13,2009. Lin C-Y. et all. Biomass and Bioenergy 32, ,2008. Logan B Nature 454, , Mascarelli A.M.. Nature 461, , Mervis J.. Science 325,926,2009. National Academy Press. The hydrogen economy: opportunities, costs, barriers, and R&D needs National Science Foundation. A research roadmap for making lignocellulosic biofuels a practical reality Regalbuto J.R. Science 325, ,2009. R.E.S. Science 325,1201,2009. Service, R.F. Science 322, ,2008. Service R.F.. Science 325, ,2009. Sanderson K. Nature 461, ,2009. Sanderson K. Nature 461, ,2009. Tilman D. et all. Science 325, ,2009. U.S. Department of Energy Biomass Program. National algal biofuels technology roadmap (draft report). Wang L. et all. Biomass and Bioenergy 32, ,

14 Dane kontaktowe: Kontakt Prof. dr hab. Stefan Godzik 14