Kémia | Tanulmányok, esszék » A bioetanol, biodízel és biogáz

A bioetanol, biodízel és biogáz BIOETANOL A bioetanol előállítási technológiák egy része már régóta működő ipari technológia. Ezekben a technológiákban közös, hogy az emberiség évezredes tudásán alapulnak. (i) Az etanol bekeverhető a benzinbe és motorhajtóanyagként alkalmazható. (ii) Az etanollal a biodízel gyártás során hasonló műszaki megoldással lehet etil tercier butilésztert (ETBE) csinálni, mint ahogy azt a jelenlegi technológiákban a metanollal teszik a metil tercier butilészter (MTBE) szintézishez. Ha tehát nem kívánjuk az etanolt magát a benzinbe tenni, itt a másik lehetőség, csináljunk belőle ETBE-t és adjuk azt a benzinhez. (iii) Etanollal is lehet gépjárművet hajtani Ehhez módosított motorfelépítés kell, de vannak országok, ahol működnek ilyen autók. A biológiai úton előállított etanol kulcsvegyület lehet az energiaellátási gondok üzemanyag gyártási oldalán. A mi éghajlati körülményeink

között a jelenleg működő ipari technológiák keményítőt, vagy szacharózt illetve az ezeket tartalmazó növényeket használják fel etilalkohol előállításra. Magyarországon a kukorica és a melasz a fő szénforrások, emellett ígéretes alapanyag a cukorcirok. A projekt keretében először a cukorcirok alapanyagként való felhasználását dolgozzuk ki. A jövőben a kukorica illetve búza alapú alkohol előállítás kapacitásának növekedése várható, így és ezért feltétlenül foglalkozni kell a melléktermékek hasznosításával. A technológia első lépéseként a lignocellulóz alapanyagot egyszerű cukor építőelemeire bontjuk (hidrolizáljuk), majd az így nyert fermentálható cukrokat hexóz-fermentáló élesztő vagy baktérium segítségével etil-alkohollá erjesztjük. A leginkább preferált eljárás szerint a hidrolízist cellulózt bontó enzimek (cellulázok) végzik, a folyamathoz szükséges (kereskedelmi forgalomban is elérhető,

de költséges) celluláz enzimet a technológia keretein belül állítják elő. Mivel a lignocellulózok kompakt, térhálós szerkezetük következtében enzimes támadással szemben rendkívül ellenállóak, a cellulázokkal végzett hidrolízis előtt a szubsztrát szerkezetének fellazítása (előkezelése) esszenciális jelentőségű. A megtermelt bioetanol átalakításával is nyerhetünk olyan tiszta energiahordozót, mely közvetlenül, gazdaságosan, nagyobb hatásfokkal használható fel. Ez a termék a H 2 , mely előállítható az etanol és metanol bontásával, oxidációjával, reformálásával is. A folyamat során az etanolt vagy a metanolt néhány száz fok hőmérsékleten, megfelelő katalizátor jelenlétében vízgőzzel reagáltatjuk, miközben szén-dioxid és hidrogén keletkezik. A folyamat előnye, hogy különböző járművekben (személygépkocsikban, autóbuszokban) közvetlenül megvalósítható, a keletkező H 2 -nel tüzelőanyag cellát

lehet üzemeltetni, mely a jó hatásfokkal előállított elektromos árammal működő gépjárművet hajtja. További előny, hogy az anaerob erjedés végtermékeként keletkező, híg (10% körüli alkohol tartalmú) bioetanol közvetlenül felhasználható az eljárás szerinti biohidrogén előállítására. A jelen pályázat során kimunkálásra ajánlott, új szabadalommal védett elképzelés szerint így a folyékony és gáz halmazállapotú megújuló energiahordozók hatékonyabb és rugalmasabb felhasználására nyílik lehetőség. A bioetanol gyártási technológiák tökéletesítésre és a hatékonyság növelésére az SzTE kutatói dolgoznak ki megoldásokat, ezeket a Németh Toll Kft telephelyén kialakítandó berendezésekben előbb kísérleti üzemi körülmények között teszteljük, majd (a pályázat futamidején túl) elvégezzük a nagyüzemi termelés technológia fejlesztési lépését. BIODÍZEL A repce, napraforgó és a szója közül az

első kettő termesztésének nagy hagyományai vannak hazánkban. Ezeket a növényeket olajnövényként szokás említeni, azaz belőlük étkezési olajat lehet préselni. Ha energianövényként termelik, a belőlük nyerhető olaj átalakításával biodízel állítható elő. A glicerinészter metilészterré alakítása egy relatíven egyszerű kémiai átalakítás. A biodízel gyártása során takarmányként hasznosítható olajpogácsa, biodízel és glicerin képződik. Mindegyik hasznos termék. Ennek is tudható be, hogy Európában Németországban 340000 tonna/év, Franciaországban 230000 tonna/év, Olaszországban 140000 tonna/év, Belgiumban 80000 tonna/év és Ausztriában mintegy 15000 tonna/év kapaciás áll rendelkezésre. A bioetanol bemutatásánál jeleztük, hogy lehetőség van biodízel gyártásra etanol és növényi olajok felhasználásával. Ekkor a termékben csak bioalapanyag ölt testet A metanolt szintetikusan állítják elő! Új

megoldásként az etanollal való átészterezés technológiájának kimunkálását szeretnénk megvalósítani. Az átészterezéshez bioetanolt lehet használni A technológia maradék és hulladékmentes, mert minden potenciálisan vagy időlegesen nem használt komponens’ maradék energiájából’ biogáz gyártható. A legkedvezőbb tulajdonságú olajnövények közé sorolhatjuk a repcét, a napraforgót, a szóját és egyes pálmafajtákat. Az európai kontinensen az éghajlati viszonyokból adódóan elsősorban a repce és a napraforgó termeszthető. A repcéből és a napraforgóból kinyert olaj (triglicerid) közvetlenül is felhasználható motorikus üzemanyagként, ám ez bizonyos hátrányokkal is együtt jár: át kell alakítani a motorokat, a dízelhez képest magas az üzemanyag viszkozitása, megnő a motor fogyasztása, bonyolult a szabványosítása, az oxidációs katalizátor használata nehézségekbe ütközik, "kellemetlen" szagot bocsát

ki ("guruló lángossütő"). Az átészterezés főtermékeként végül a gyakorlatilag minden dízelmotorban felhasználható biodízel, valamint glicerin keletkezik. BIOGÁZ Anaerob stratégia a gáznemű energiahordozó előállítására a szerves anyagok lebontása biogázzá. A biogáz 60-70 %-ban metánt és 30-40%-ban széndioxidot tartalmazó gáz. A biogáz összetétele hasonló a földgázéhoz, tehát a földgáz hasznosítás ismert technológiai megoldásaival (gázmotor, üzemanyag cella) az elektromos hálózatba táplálható energiává alakítható át. A Gáztörvény 2005-ben életbe lépett módosításának eredményeként már hazánkban is közvetlenül betáplálható a biogáz a földgáz hálózatba. A hulladékkezelési technológiákban keletkező metán (biogáz) hasznosításakor az üzemeltetési költségek csökkenek, esetenként a biogáz hasznosítás a folyamatot önmagában is profitábilissá teheti. Az anaerob szerves

anyagkezelési technológiák minden esetben adottnak veszik a fermentor belsejében lezajló mikrobiológiai eseményeket. Valóban igaz, hogy a levegőtől elzárt környezetben előbb-utóbb spontán kialakul olyan mikróba társadalom (általában 30-40 mikróba féleség együttéléséből álló, összetett konzorcium), amely a szerves anyagot hasznosítja. Könnyen belátható azonban, hogy egy mikrobiális konzorcium spontán szerveződése az egész életközösség túlélése érdekében alakul ki. A biogáz a mikróbák tevékenységének számukra már haszontalan végterméke. Ezért természetes és nyilvánvaló, hogy a spontán kialakuló egyensúlyok nem a biogáz termelés optimumát valósítják meg. A hatékony biogáz termelés elérése érdekében tehát szükség van a mikróba konzorcium életébe való beavatkozásra, a mikroméretű közösség munkájának, egyensúlyainak átszervezésére. Ezt akkor érhetjük el, ha a mikrobiális társadalmat mozgató

biológiai törvényszerűségeket felismerjük és a hatékonyságot meghatározó “szűk keresztmetszeteket” feltérképezve a mikróbák világába biotechnológiai módszerekkel úgy avatkozunk be, hogy tevékenységüket a biogáz képződés optimalizálása felé toljuk el. A mikrobiológiai események kézbentartásával a konzorcium egyes tagjai olyan módosításokat dolgoztak ki az általánosan alkalmazott biogáz termelő technológiák számára, amelyekkel a már üzemelő berendezések hatásfokát egyszerű beavatkozással növelni lehet, illetve alkalmazásuk az új berendezések megtérülési idejét jelentősen csökkenti. A SzTE Biotechnológiai Tanszéke és az MTA SzBK kutatóinak együttműködésével végzett 20 éves kutatómunka eredményeként, alkalmasan kiválasztott baktérium törzseknek a természetes mikrobiológiai konzorciumhoz való adásával a szűk keresztmetszeteket át lehet hidalni és a rendszert fokozott biogáz termelés felé lehet

irányítani. Az eljárást szabadalmi oltalom védi A Corax-Bioner Rt telephelyén, Szegeden kialakítottunk egy olyan fermentációs üzemi kapacitást, amely a hatékonyság növelő mikroorganizmusok nagy tömegben történő olcsó előállítására alkalmas, tehát a technológia ipari megvalósításának szakmai feltételei adottak. A projekt keretében kísérleti biogáz üzemet hozunk létre a Németh Toll Kft. telephelyén, a méretezésben, tervezésben és kivitelezésben az Első Magyar Biogáz Kft. működik közre Előkészítjük egy ipari méretű, 2-2,5 MW “zöldáramot” előállító biogáz üzem létesítését a Floratom Kft üvegházainak közelében, ahol a jelentős mennyiségű hulladékhőt is hasznosítani lehet. A termelődő “zöldáramot” közreműködő és másik végfelhasználó konzorciumi partnerünk, a DÉMÁSz Rt hasznosítja. Magyarországon a biogáz technológia dinamikus elterjedését, ismertterjesztést és oktatás egy részét a

Magyar Biogáz Egyesület [www.biogashu] civil szerveződés karolta fel A metántartalom növelésére, azaz a kísérő gázok eltávolítására statikus és dinamikus adszorpciós módszereket fejlesztünk ki. Gázelegyek, mint például a biotechnológiai módszerrel termelt biogáz, magas szén-dioxid tartalmú metánt tartalmaznak. A nyers biogáznak a jó hatásfokú tisztítása az energiatermelésre való felhasználásnak az alapja. Az ipari gyakorlatban általában adszorpciós módszereket alkalmaznak. Ezeknek az eljárásoknak a hátránya, hogy az adszorbenst viszonylag gyakran kell regenerálni. Az adszorpciónál hatásosabb a membrán szeparáció, melynek szerepe az elválasztás technológiákban egyre nagyobb lesz. A felhasználás közvetlen módja az elégetés -> hőenergia -> elektromos energia. Ehhez a hasznosítási lehetőséghez megfelelő gázmotorok és generátorok szükségesek. Mi nem ezeknek a fejlesztésével foglalkozunk, hanem olyannal,

amelyekben egy lépésben lehet a gázból elektromos energiát termelni. Ilyen megoldások a tüzelőanyag cellákon alapuló elektromos energiatermelő egységek. Ezeknek a típusoknak az előnye, hogy CH 4 -el vagy CH 4 +CO eleggyel is üzemeltethetők, ami a biogáz felhasználás szempontjából előnyös és az sem mellékes, hogy élettartamul viszonylag hosszú. Oláh György Nobel-díjas professzor vetette fel és proponálja az ilyen típusú felhasználást, mint az olaj utáni kémiát