Tečna i gasovita goriva i biomasa

Uvod

-Zahvaljujući energetskim krizama i klimatskim promjenama pojavili su se izazovi koji zahtjevaju nove pristupe u rješavanju otvorenih problema u razvoju energetike.

-Energetska efikasnost i uvođenje obnovljivih izvora energije moraju postati prioritetni ciljevi menadžera i cijeli energetski menadžment se mora uskladiti sa tim.

Goriva

-Energija je sposobnost materije da obavlja neki rad.

- Najvažniji izvori energije koji se koriste u procesu proizvodnje su:1.Čovječija i životinjska snaga;2.Vodena snaga ( rijeke, slapovi, plima-oseka );3.Snaga vazdušnih strujanja;4.Jedinjenja u kojima je akumulirana hemijska energija ( goriva, eksploziv );5.Energija akumulirana u atomskom jezgru;6.Sunčeva energija

Goriva su primarni oblici energije u kojima je energija uskladištena u hemijskom ili nuklearnom obliku. Oslobađanjem energije goriva povećava se unutrašnja energija radne supstance koja se tada koristi za dobijanje goriva koja se dijele na prirodna i vještačka. A prema agregatnom stanju podjela je data u tabeli.

Gasovito gorivo

-Gasovita goriva su vrlo pogodna za primjenu u motorima sa unutrašnjim sagorjevanjem.

-U alternativna goriva, moguće je razmatrati tečni naftni gas, tečni prirodni gas, gas u tečnost, komprimovani prirodni gas i vodonik.

-Ova goriva zahtjevaju primjenu posebnih, uglavnom velikih, rezervoara na vozilu, a manipulacija gorivom, kao i skladištenje i distribucija prilično su složeni.

Etanol

-Glavni proizvođači etanola su Brazili SAD, koji zajedno proizvode oko 80% od ukupne svjetske proizvodnje. -Od ukupne proizvodnje etanola preko 60% se proizvodi fermentacijom i predstavlja bioetanol, odnosno etanol proizveden od obnovljivih sirovina.

-Osnovna namjena etanola se može svrstati u tri oblasti: za korištenje u industriji kao sirovina ili rastvarač, za proizvodnju alkoholnih pića, i kao gorivo.

Sirovine za proizvodnju bioetanola

-Bioetanol se može proizvesti fermentacijom iz svih sirovina u kojima ima šećera koje kvasac može da metaboliše, ili u kojima ima polisaharida koji se mogu razgraditi do šećera koje kvasac može da koristi.

Sirovine bogate šećerom

-Etanol se tradicionalno i veoma dugo proizvodi iz melasa šećerne trske ili šećerne repe.

-Danas melasa ima visoku cjenu i na raspolaganju su ograničene količine koje su uslovljene proizvodnjom šećera.

-Šećerna trska i šećerna repa zbog visokog sadržaja saharoze predstavljaju sirovine koje su pogodne za proizvodnju bioetanola.

-Kukuruz, a u posljednje vrijeme i pšenica, zbog visokih i stabilnih prinosa, ekonomične proizvodnje, viškova na svjetskom tržištu i relativno stabilne cjene, predstavljaju jedne od najčešće korišćenih sirovina bogatih skrobom, kako za proizvodnju šećera, tako i za proizvodnju etanola.

Sirovine bogate skrobom

Ječam i raž su sirovine kojima je globalno obično posvećeno mnogo manje poljoprivredne površine od drugih žitarica. Oni daju manji prinos po zasijanoj površini i obično se koriste za proizvodnju alkoholnih pića, a njihovo korišćenje za proizvodnju bioetanola kao biogoriva se može opravdati samo u slučaju oštećenih zrnevlja.

Krompir je kao sirovina za proizvodnju bioetanola za korišćenje kao gorivo, takođe, pod znakom pitanja zbog relativno visoke cjene sirovine i sezonskog rada postrojenja. Upotreba krompira za dobijanje etanola je opravdana u slučaju postojanja značajnih količina otpadnog materijala pri preradi krompira, kao i u oblastima sa velikim tržišnim viškovima krompira i relativno lakog izdvajanja.

Celulozna biomasa koja uključuje biljnu i drvnu biomasu, otpadne poljoprivredne biomase, otpatke iz proizvodnje papira i dr, predstavlja najveću i svima dostupnu sirovinsku bazu za koju se pretpostavlja da će u bliskoj budućnosti biti najzastupljenija u industrijskoj proizvodnji bioetanola.

Sirovine na bazi celuloze

Tehnologije proizvodnje bioetanola

-Bioetanol se proizvodi fermentacijom šećera prisutnih u biomasi ili šećera dobijenih prethodnom enzimskom konverzijom sastojaka biomase.

-Fermentacija šećera biomase se vrši pomoću mikroorganizama, i to tradicionalno pomoću kvasaca, a u novijim tehnologijama i pomoću određenih bakterija.

Tehnologija za proizvodnju etanola se razlikuje u zavisnosti od vrste primenjene sirovine – supstrata i globalno se može podjeliti u tri faze: prethodna obrada supstrata, fermentacija supstrata, i izdvajanje proizvoda (destilacija, rektifikacija, prečišćavanje i obezvodnjavanje).

Primjena etanola u Diesel motorima

-Princip rada dizel motora ne može se ostvariti sa čistim etanolom jer ovaj ima ekstremno loš cetanski broj, ali korištenje mješavina dizel goriva sa niskim procentom udjela etanola mogu dati izvjesne pozitivne rezultate kako u pogledu supstitucije fosilnih goriva tako i u pogledu ekoloških karakteristika.

-Mješavina sa 10 do 15% etanola u dizel gorivu daje smanjenje emisije čestica za oko 20 do 40%. -Čist biodizel (100%) ostaje ograničen za lokalnu upotrebu na motorima pripremljenim za eksploataciju na tu vrstu goriva.

-Jedan od prvih dizel motora iz 1895. koristio je biljno ulje, a demonstraciono vozilo Rudolfa Dizela koristilo je ulje kikirikija.

-Po definiciji biodizel je gorivo obogaćeno kiseonikom na bazi različitih estera.

Biodizel ima slične karakteristike kao i konvencionalno dizel gorivo, i jedno je od alternativnih goriva koje se može uspješno koristiti u bilo kojem postojećem, neizmjenjenom dizel motoru, kao čisto, ili u mješavini sa dizel gorivom.

VIDEO

-Tipičan biogas je deponijski gas koji pretstavlja jedan veoma jeftin, čist i efikasan izvor obnovljive energije.

-Korištenjem biogasa može se proizvoditi električna i toplotna energija, po cjeni manjoj od konvencionalne energije, ali se može koristiti i kao pogonsko gorivo za motore.

-Pravi biogas se stvara u specijalnim septičkim rezervoarima ili digestorima u kojima se drži organski otpad (životinjski i ljudski izmet, poljoprivredni otpad, odbačena hrana i sl.) bez prisustva svjetlosti i vazduha tako da pod dejstvom anaerobičnih bakterija dolazi do raspadanja i stvaranja biogasa.

-Tečni naftni gas je mješavina nižih ugljovodonika, mahom propana (C3H8) i butana (C4H10), uz nešto malo propilenena (C3H6) i butilena (C4H8), u različitim procentima mješanja od 95% propana u jednim zemljama do 60% butana u drugim.

Fizičko-hemijske osobine tečnog gasa

Tečni naftni gas

Vodonik će u budućnosti sigurno igrati važnu ulogu kao održivo motorno gorivo, jer može da se proizvodi u praktično neograničenim količinama iz obnovljivih izvora. Vodonik je ekološko gorivo, jer su produkti njegovog sagorjevanja izuzetno čisti (elektromobili su tzv. ZEV – Zero Emmision Vehicles, odnosno vozila sa nultom emisijom, a pri upotrebi kao motorno gorivo u smješi sa prirodnim gasom emituje se samo mala količina NOx).

Vodik kao alternativo gorivo budućnosti

Tečna goriva

-Tečna goriva zauzimaju veoma važno mjesto u savremenim procesima proizvodnje, a od posebnog je značaja i mogućnost njihove upotrebe za pogon motora sa unutrašnjim sagorjevanjem.

-Prirodna obuhvataju različite vrste nafte, a u vještačka goriva se ubrajaju:1.Tečna goriva dobijena preradom nafte2.tečna goriva dobijena preradom destilacionih i drugih rafinerijskih proizvoda3.katrani dobijeni suhom destilacijom čvrstih goriva i katranska ulja i4.tečna goriva dobijena nekim posebnim postupkom

Prirodna tečna goriva

-Kod nas je uglavnom odomaćen izraz sirova nafta ali treba imati u vidu da se u praksi, uglavnom sve rijeđe, naziv nafta upotrebljava za tačno definisan proizvod prerade sirove nafte tj. za dizel gorivo.

Najvažnije grupe ugljikovodonika zastupljenih u nafti su : a) Zasićeni ugljikovodonici parafinskog reda (parafini, alkani)b) Nezasićeni ugljikovodonici reda olefina (olefini, alkeni)c) Zasićeni ciklični ugljikovodonici (nafteni, cikloparafini) d) Aromatični ugljikovodonici (areni)

Nakon odvajanja mehaničkih nečistoća i oslobađanje lakih benzinskih para i zemnog gasa u posebnim uređajima procesom degazolinaže kojim se kondenzuje pare lakih benzina kao zaseban proizvod, nazvan prirodni benzin ili gazolin tako stabilizovana nafta se transportuje u rafinerije na preradu.

Kod prerade nafte i njenih proizvoda prmijenjuje se slijedeći osnovni procesi:-frakciona destilacija-krekovanje-polimerizacija

Vještačka goriva

-Biomasa se definiše kao biljni materijal, koji se koristi direktno kao gorivo, ili pretvara u druge oblike prije sagorjevanja.

-Od obnovljivih izvora energije energetski potencijal biomase je na prvom mjestu.

-Danas je biomasa već glavni izvor ukupnih svjetskih energetskih potreba, od svih raspoloživih obnovljivih izvora energije, i dostiže 12% (50 EJ/god.) od ukupnih svjetskih potreba (406EJ/god.)

Biomasa je rezultat skladištenja sunčeve svjetlosti kao hemijske energije u biljkama.Proizvodnja i korištenje biomase pruža značajne pogodnosti za okruženje, ekonomiju i sigurnost.

Skladištenje Sunčeve energije

Aspekt proizvodnje biomase kao goriva se može posmatrati na dva načina. Jedan je proizvodnja neke visokorodne biljne vrste (energetske šume), čiju organizaciju mora preuzeti država. Drugi pristup ovom problemu, daleko realniji u sadašnjim okolnostima, da svako poljoprivredno gazdinstvo proizvodi energiju za svoje potrebe.

Ukupna primarna energija u svijetu

Proizvodnja el. Energije u svijetu

Proizvodnja bioenergije kreira nove i stare poslove, uglavnom u ruralnom području, što doprinosi balansiranom rastu poljoprivrede.

Do 2001. godine biomasa se uglavnom koristila za proizvodnju toplote, a vrlo malo za proizvodnju električne energije, a od tada većinom se spregnuto proizvode i koriste toplotna i električna energija ili se preko biogasa proizvodi električna struja.

Potencijal biomase

Zahtjevi kvaliteta i mogućnosti proizvodnje goriva iz biomase

poljoprivrede

-Prema procjenama, goriva fosilnog porijekla i dalje će dugi niz godina biti primarna, kao pogonska za motore različitih aplikacija. I pored takvih predviđanja danas su mnogi pravci razvoja fokusirani na pronalaženju supstitucije goriva, koje bi bilo prilagođeno postojećim konstrukcijama motora, a da istovremeno zadovolje i dodatne kriterijume vezane za obnovljivost, ekologiju, pouzdanost korištenja i dr.

Biogoriva su alkoholi, eteri, esteri i druga hemijska jedinjenja proizvedena iz celulozne biomase kao što su plodovi biljaka i drveta, poljoprivredni i šumski otpad, gradske i industrijske deponije itd. Koriste se za stvaranje energije u različitim postrojenjima, a u saobraćaju se uglavnom u minimalnim količinama koriste bioetanol, biodizel, biometanol i bioulja.

Biogoriva-Biomasa

Metanol se može proizvesti polazeći od bilo koje ugljenične sirovine, ali se najčešće dobija iz uglja, prirodnog gasa ili biomase.

Proizvodnja metanola iz prirodnog gasa se sastoji od tri osnovne faze: proizvodnja gasa za sintezu (singas), konverzija singasa u sirovi metanol i destilacija metanola da bi se dobio proizvod željene čistoće.

Metanol

Dobijanje metanola iz biomase

-Biomasa je, takođe, pogodna sirovina za proizvodnju metanola. Procjene su da je u svetu raspoloživo 1-4,7 miliona tona suhe biomase dnevno. Jedna tona biomase odgovara proizvodnji od oko 100 galona (oko 440 l) metanola.

-Prema nekim okvirnim praktičnim rezultatima iz proizvodnje metanola, iznosi se, da je prosječna efikasnost konverzije drveta u metanol oko 50 %, a polutečne biomase oko 65 % .

Zaključak