Bio CombustiBili

7/28/2019 Bio CombustiBili

1/16

BIOCOMBUSTIBILII

STUDENT : BROSCARU DANIELA

MASTER MGP, AN I


2/16

BIOCOMBUSTIBILII

Biocombustibilii sunt combustibili pentru transport sub form lichid sau gazoas,produi din biomas. Biomasaeste partea biodegradabil dinproduse, deeurii reziduri dinagricultur (inclusiv substane vegetale i animale), sectorul forestieri industria aferent i

parte din deeurile industrialei municipale;Conform reglementarilor existente numai produsele prezentate mai jos pot fi considerate ca

biocombustibili:(a)bioetanolul: etanol produs prin fermentaie din biomasi/sau din partea

biodegradabila a deeurilor;(b)biodiesel: un metil-ester produs prin transesterificare din ulei vegetal sau animal,

de calitatea dieselului;

(c)biogaz: un combustibil gazos rezultat din biomas i/sau din parteabiodegradabiladeeurilor care poate fi purificat la calitatea gazului (natural) pur,(d)biometanol: metanol produs prin fermentaie din biomasi/sau din partea

biodegradabil a deeurilor;(e)biodimetileter: dimetilester produs din biomas,(f)bio-ETBE (etil-tero-butil-ester): ETBE este produs pe bazde bioetanol.

Procentul n volum de bio-ETBE socotit ca biocombustibil este de 47%;(g)bio-MTBE (metil-tero-butil-eter): un combustibil pe bazde biometanol.

Procentul n volum de bio-MTBE socotit ca biocombustibil este de 36%;(h)biocombustibilii sintetici: hidrocarburi sintetice sau amestecuri de hidrocarburi

sintetice care au fost produse dinbiomas;

(i)biohidrogen: hidrogen extras din biomas i/sau din parteabiodegradabiladeeurilor, pentru a fi folosit ca biocombustibil(j) ulei vegetal crud; ulei vegetal produs din culturile oleaginoase, prin presare,

extracie sau proceduri comparabile, brutsau rafinat, dar nemodificat chimic, atunci cnd estecompatibil cu motoarele la care este folositi cnd este conform cerinelor normelor privindnoxele.

Sistemul cel mai utilizat pentru propulsarea mijloacelor de transport este motorul cuardere intern. Motoarele cu ardere intern cu piston sunt cele mai folosite pentru mijloacelede transport terestre i utilizeaz n prezent drept carburant hidrocarburile petroliere. nfuncie de tipul motorului carburanii sunt: benzina pentru motoarele cu aprindere prinscnteie (Otto), respectiv motorina pentru motoarele cu aprindere prin compresie (Diesel).

Un dezavantaj major al motoarelor cu ardere interneste dependena acestora de resurselelimitate dehidrocarburi.

Studiile efectuate n acest domeniu au demonstrat c, o datcu dezvoltareatransportului auto bazat pemotoarele cu ardere intern, a crescuti necesitatea producerii uneicantiti mai mari de carburani din hidrocarburi. Dinpcate resursele de petrol, pe care se

bazeazobinerea carburanilor auto, sunt limitate. O comparaie ntre necesarul de produsepetroliere i producia acestora pentru urmtorii ani este prezentat n figura 1. Dacproducia de carburanipetrolieri prezint o pant descendent de-a lungul timpului, nuacelai lucru se observ la necesarul de petrol, care creteodatcu dezvoltarea permanent asocietii. Diferena dintre cererea de petrol dictat de dezvoltarea, n principal,atransporturilor auto i disponibilul mpuinat datoritdeclinului produciei trebuie acoperitdin alte surse, iar biocombustibilii reprezint una din aceste surse. Principalul avantaj al


3/16

biocombustibililor este compatibilitatea lor cu soluiile tehnice larg utilizate actual i cuinfrastructura existenta (de fabricare, transport si distribuie.

Biocombustibili sunt de asemenea neutri din punct de vedere al efectului de ser. Sespune despre un combustibil c este neutru atunci cnd nu se produce un surplus de CO2 natmosfera prin arderea lui. Biocombustibilii sunt neutri pentru cla arderea lor se elibereaz

n atmosfera cantitatea echivalenta de bioxid de carbon care a fost fixata fotosinteticde plantecnd s-a produs materia primvegetal din care s-au obinut biocombustibilii.Extinderea producerii i utilizrii biocombustibililor nu se datoreaznumai aspectelor

legate de reducerea efectului artificial de ser. Exist i aspecte ale producerii i utilizriibiocombustibililor care sunt mai puin evidente lao analiza superficial. Preul petrolului,excedentele agricole, volatilitatea zonei Orientului Mijlociu (principal zona exportatoare de

petrol), atitudinea Rusiei (principalul furnizor de gaze naturale) i dependenta (de risip) deenergie au determinat guvernele europene (i ale celorlalte state industrializate) s stimuleze

producereai utilizarea de biocombustibili.

Principalii biocombustibili care sunt larg utilizai n prezent sunt uleiul crud (pentrumotoarele dieseln eperfecionate, de pe autocamioane si tractoare); biodieselul (pentrumotoarele diesel cu rampa comunsau cu pompduz); bioetanolul (pentru motoare Otto sau

pentru amestecul cu motorinsub formde E-diesel); biometanolul (pentru motoare Otto ipentru producerea de biodiesel).

In fig. 2 este prezentatdiagrama obinerii acestor biocombustibili.


4/16

Fig.2. Diagrama obineriiprincipalilor biocombustibili.

Biodieselul este un amestec de esteri metilici ai uleiurilor vegetale, care se obineprintr-o serie de reacii de tranesterificare. In general esterii acizilor grai se pot obine printehnologii de derivatizare chimic(esterificarea direct a acizilor grai rezultai ca sub

produse la fabricarea spunurilor sau rafinarea uleiurilor vegetale brute) sau prin

semisintez(prin alcooliza trigliceridelor naturale prezente n uleiuri vegetalei grsimianimale). n cazul utilizrii tehnologiilor de semisintez, esterii acizilor grai se pot obine

printr-un proces necostisitor i eficient din gliceride cu coninut mare de acizigrai. Sintezaacestora implic reacia de trans-esterificare a trigliceridelor coninute n surse de origineanimal sau vegetalcu alcooli C1-C4, obinndu-se alchil esteri C1-C4i glicerinbrut casubprodus. Reaciile de alcooliza(metanoliza) a trigliceridelor pentru producerea de biodieselsunt prezentate mai jos.


5/16

In reacia de transesterificare de mai sus se pot utiliza o mare varietate de catalizatoricum ar fi: catalizatori acizi,enzime, sruri metalice sau catalizatori alcalini. Se prefer catalizatorii alcalini ca hidroxizii de sodiu sau de potasiu sau alcoxizi, datoritfaptului csunt

eficieni, se separuor din produsul de reacie i sunt compatibili cu sistemele tehnologiceconvenionale. Glicerina brut rezultat din procesul de tranesterificare se poate acidula,degresa i usca parial sau complet. Calitatea glicerinei se poate mbunti prin distilare cuvapori, distilare la vid, decolorare pe crbune etc. Procedeele sunt ns costisitoare ienergofage (din apele glicerinoase se eliminapa prin fierbere). Producerea de glicerin lafabricarea biodieselului a dezechilibrat deja piaa deglicerol datorit excedentului introdus pe

pia. Sunt necesare noi utilizri pentru glicerin pentru a limitat efectele dezechilibruluiprodus pe piadatorit producerii de biodiesel.

Cercetrile privind obinerea combustibilului biodiesel s-au axat n principal petransesterificare grsimilor cu metanol, utilizarea etanolului pentru producerea de biodiesel

prin tranesterificare fiind puin studiat. Din punct de vedere al normelor de securitate a

muncii i pentru mediu etanolul este mult mai convenabil dect metanolul. Metanolul estefoarte toxic, nu produce scnteie vizibilatunci cnd arde, este 100% miscibil cu apa ipenetreazpielea cu uurin, genernd probleme grave pentru organisme i mediu.Etanolul prezintn plus avantajul cse poate utiliza pentru a produce prin tranesterificare un

biodiesel prin utilizarea exclusiva resurselor naturale regenerabile i a tehnologiilorbiochimice.

Bioetanolul se obine prin distilarea fermentatului unor zaharuri simple (glucoza,maltoza, rafinoz). Aceste zaharuri simple se obin din:-plante zaharifere (sfecl-de-zahr; trestie de zahr; sorg-zaharat);- plante amidonoase (porumb, gru, cartof);- material lignocelulozic (biomasa rezidual).

Amidonul i materialul lignocelulozic (de fapt hemiceluloze si celuloze) se transform nzaharuri simple prinprocedee de degradare (hidroliz) enzimatic(fig.3). Soluia de zaharuri


6/16

fermentescibile se trateaz cu drojdie-de bere (sau, n tehnologiile avansate cu bacteriiZygomonas mobilis) si se las la fermentat. Fermentaia alcoolica dureaz 2-3 zile n cazuldrojdiilor, cteva ore n cazul bacteriilor. Vasele n care se produce fermentaia trebuie rcite,deoareceprin fermentarea fiecrui kg de zahr fermentescibil se degaj 133 kcal. Bioxidul decarbon format in acest timp poate fi colectat n gazometre (i ar trebui colectat pentru c altfel

contribuie negativ la efectul de ser).Prin fermentaia alcoolic seproduce un lichid, numit plmad, care conine pnla 18% alcool, restul fiind ap, cantitatea mici de glicerin, alcooli propilic, butilic, amilic etc.Acest lichid este supus unei prime distilri, in urma creia rezulta etanolul brut, de 90 %concentraie. Reziduul de la distilare se numete borhot si este folosit ca furaj, deoarececonine proteine, grsimi etc. Alcoolul brut este supus rectificrii, n coloande rectificare,obinndu-se ca produs de distilare un alcool de 95,6 %, iar ca reziduu de distilare glicerinai fuzelul, un lichid uleios, format din alcooli superiori (propilic, butilic, amilic).

Fig. 3. Producerea de zaharuri fermentescibile i fermentarea lor prin hidroliza enzimatic

Alcoolul de 95,6 % este un amestec azeotrop, cu punct de fierbere 78,15oC; de aceea,pentru obinerea unui alcool pur (alcool absolut, necesar pentru a fi utilizat ca bioetanol) nuse poate recurge la nc o distilare (pentru ca azeotropul distila ca o substanpur), ci seaplic metode speciale de deshidratare (de exemplu tratarea cu substane care se combin cuuurin cu apa ca oxidul de calciu, sulfat de calciu calcinat etc.) urmat de distilare.Producerea biocombustibililor implicun lanntreg, care pornete cu fermierul are cultiv

planta energetic i sfrete la pompa de combustibil. In lume principalele ri productoare

de biocombustibili sunt: Brazilia (bioetanol din trestie de zahr); SUA (bioetanol din


7/16

porumb); China (bioetanol din sorg); Uniunea European (biodiesel din rapi). In fig. 4suntprezentate principalele zone productoare de biocombustibili

Fig. 4. Principalele ri productoare de biocombustibili.

Principalele culturi energetice pentru Romnia sunt rapia, floarea-soarelui (cuconinut ridicat de acid oleic), sorgul zaharat i porumbul. Dintre plantele de culturde maisus condiiile cele mai favorabile le au n Romnia floarea-soarelui (Helianthus annuus L.)i

porumbul (Zea maysL.) Floareasoarelui nsproduce un ulei alimentar cu o bunacceptant

n rndul populaiei, iar excedentul de semine i gsete rapid valorificarea pe pientrebuinri, iar interesul pentru producerea de bioetanol este mic att n rndulproductorilor de combustibili ct i al agricultorilor. Considerente fiscale (nivelul ridicat deaccizare al alcoolului, lipsa unor structuri eficiente de colectare a veniturilor statului) fac ca

bioetanolul snu beneficieze ncde nici un fel de faciliti fiscale ceea ce reduce din startinteresul pentru acest biocombustibil. Oricum planta cea mai convenabil pentru producereade bioetanol n condiiile Romniei este sorgul zaharat.

Sorgul zaharat este cultivat n ultimii 25 de ani numai experimental n Romnia.Sorgul zaharat este o plantanualasemntoare cu porumbul, foarte rezistentla secet, cuun ciclu vegetativ rapid, cu exigene mult mai reduse pentru ngrminte n comparaie cu

porumbul. Principalele argumente n sprijinulextinderii cultivrii i industrializrii integrale a

sorgului zaharat n Romnia sunt:Eficientizarea suprafeelor extinse de teren agricol neexploatate sau ineficiente prin culturi

masive de sorg i crearea de noi locuri de munca;Cultivarea sorgului poate produce cantiti foarte mari de biomas(80-120 t/ha) cu coninut

de 15-30% zahr (5-7 t zahr/ha), materie primr egenerabilpentru industria chimic,petrochimic, agricultur, industria alimentar, farmaceutici altele. Prin industrializarea totala sorgului se pot obine: bioetanol (biocombustibil pentrumijloace de transport, utilaje agricole mobile i fixe), sirop, oet i alcool alimentar,celulozi hrtie, acid acetic i etilen, fibre naturale, proteine vegetale, furaje pentruzootehnie, etc.; Biocarburantul produs din sorg este ecologic, contribuind la reducerea emisiilor de bioxidde carbon, principalulresponsabil pentru efectul de sersuferit de atmosfera terestrn ultima perioad de timp;


8/16

Tehnologiile industriale pot utiliza instalaii existente sau puin adaptate din industriachimic, nu produc deeuri toxice sau reziduuri neutilizabile. Conform estimrilor tehnico-economice, n Romnia s-ar putea produce bioetanol din sorg zaharat prin tehnologiileconvenionale, la un pretotal mai mic de 200 euro pe ton, inclusiv taxe vamale, costultransportului, comisioane, etc., preconcurenial pe piaa european, n cazul obinerii unei

producii de circa 5 tone etanol la hectar.mpreuncu producia de ulei de rapi, estimatla o tonla hectar, cele dou tipuridebiocombustibil completeazspectrul necesarului energetic al fermelor agricole, cele dou specii de plante fiind complementare n asolamentul culturilor agricole. Reziduul sau pulpa(bagasa) rmasdupextracia sucului dulce din tulpini conine celulozpropor de circa 31-35% i o serie de alte glucide convertibile n bioetanol duphidrolizenzimatic cu enzimespecifice (fig.3). Bagasa de sorg se poate folosi i la obinerea de celuloz. Celuloza obinutdin sorg este de calitate asemntoare cu cea din lemnul de foioase (specii inferioare)destinate produciei de celuloz. Producia de celulozalbit la hectarul de sorg zaharat estemai ieftini de 2,5-3 ori mai mare dect cea obinuitde pe un hectar de pdure. UniuneaEuropeaneste nsa o zoncu preponderena biodieselului. Pentru biodiesel cultura de baz

este rapia. Pe plan mondial, n anul 2004, suprafacultivatcu rapia fost de 27.558 mii ha,pe plan european de 857 mii ha, iar n ara noastrsuprafeele cultivate cu rapi au fost de 83mii ha.

Producia medie de smn a crescut n perioada 1990-2000 de la 1368 la 1543 kg/hape plan mondial, de la 2779 la 2935 kg/ha n Europa i de la 916 la 1338 kg/ha n aranoastr. Producia mondialde rapieste n cretere, duprapoartele FAO au fost obinute 36de milioane de tone n sezonul 2003-2004 i 46 milioane tone n 2004-2005.Extinderea culturii de rapia fost determinat pe de o parte de progresele nregistrate nameliorarea acestei specii i de avantajele economice, iar pe de alta de factorul ecologic celimiteazsuprafeele cultivate cu plante oleaginoase clasice, soia i floarea soarelui, fapt ce aimpus atragerea n cultura altor specii cu coninut bogat n lipide i proteine, din cadrulcrora rapia (Brassica napus, var. oleifera) a cunoscut cea mai largrspndire.

Suprafaa cultivat cu rapin Europa (2004) este de aprox. 4,5 milioane hectare,reprezentnd un sfert din producia mondiali se estimeaz la 4,63 milioane hectare pentru2005 2006. Dei va fi cultivato suprafa mai mare, producia de semine de rapi destinat fabricrii uleiului va fi mai micdatoritcreterii cererii de biodiesel. n Romniarapia s-a cultivat pe suprafee mai mari nainte de primul rzboi mondial si ntre cele douarzboaie mondiale. Astfel, n anul 1913, ea a ocupat 80,38 mii ha, iar n anul 1930 cca. 77,32mii ha. Cultura de rapi prezint urmtoarele particulariti n Romnia. Zone defavorabilitate:- zona foarte favorabila (zff): partea de vest si de est a tarii, Podiul Transilvaniei si zonele

colinare adpostite;- zona favorabila (zf): partea de sud a tarii, in condiii de irigare.Perioada de vegetaie si de campanie:-perioada de vegetaie 270 - 300 zile;- perioada de semanare- 5-15 septembrie, pentru sudul tarii ; 1-10 septembrie, pentru rest(pentru rapia de primvara, semnatul se face timpuriu, n prima urgenta;- perioada recoltrii se recolteaz in doua moduri :a) recoltarea in doua faze, tierea

plantelor in faza de coacere in prgalsarea pana la uscare completa- treierare cu combina ,la o umiditate de 12-14%.Evoluia suprafeelor cultivate (fig.5) rapidenotun interes crescut al fermierilor romni

pentru aceastcultur.

Dei riscul compromiterii culturii n iernile fr zpad i cu geruri puternice (cum s-antmplat i ianuarie 2006) este foarte mare, cererea din ce n ce mai crescut a determinat


9/16

creterea suprafeelor cultivate cu rapi n Romnia. Este de ateptat ca suprafeele cultivatecu rapi s se extind i mai mult n viitor i din aceastperspectiv este necesar oevaluarea corespunztoare a impactului produs de aceast extindere asupra mediului ngeneral i asupra solului, n special.

F ig.5. Dinamica suprafeelor cultivate cu rapin ultimii 10 ani n Romnia.

Impactul producerii de biocombustibili asupra solului. Producerea de bicombustibilinu este o activitate care prezint numai efecte pozitive. Un exemplu deja menionat este cel aldezechilibrrii pieelor agroa-alimentare i ale produselor derivate. Producerea de bioetanoldin sfeclde zahr de ctre Brazilia a determinat o cretere uoar a preului zahrului. Mult

mai grav este impactul produs de utilizarea porumbului de ctre SUA pentru producerea debioetanol, impact care a dus la reducerea rezervei mondiale de cereale i la reapariiaspectrului foametei. In afara de dezechilibrarea pieelor tradiionale ale produselor agricole ia derivatelor lor, unul dintre efectele negative cele mai pregante este asupra solului datorit: Posibilele practici de monoculturrezultate din cultivarea plantelor energetice, periculoase

pentru viitorul utilizrii terenului agricol (mai ales sub aspectul epuizrii solului si alproteciei plantelor);Poluarea rezultatdin utilizarea n exces a fertilizanilor i pesticidelor pentru o culturnon -alimentar, n care nu se aplicrestriciile de randament agricol i de contaminare impuseculturilor alimentare;Excesul de co/sub-produse care ar putea genera probleme de poluare a solului.


10/16

Evaluarea riscurilor pentru sol a diferitelor culturi energetice pentru Romnia esteprezentatn tab.1. Se remarcfaptul cporumbul este o cultur cu impact negativ asuprasolului i cpentru filiera bioetanol este recomandabil utilizarea sorgului zaharat.

Tab.1. Evaluarea riscurilor pentru sol al diferitelor culturi pentru biocombustibili.

A este risc sczut, C este risc ridicat

Dezechilibre produse de subprodusele rezultate la fabricarea biocombustibililor. La fabricareabiocombustibililor rezulturmtoarele produse secundare: Biodiesel din rapi:

- glicerin;- roturi de rapi

Bioetanol din sorg zaharat- bagasa de sorg (tulpini de sorg stoarse de zahr);

- drojdie de fermentaie / borhotBioetanol din porumb- borhot de porumb- drojdie de fermentaie

Aplicarea Directivei 2003/30/EC (publicatn Official Journal of the European Union,L 123/42, din 17.05.2003) la nivelul Romniei implicun necesar de circa 400.000 tone debiodiesel necesar care genereaz concomitent peste 200.000 tone de glicerin i peste500.000 tone de roturi de rapi. roturile de rapi nu pot fi folosite n proporii mari nhrana animalelor (conin tioglicozizi goitrogeni i urme de acid erucic cardiotoxic), iarglicerina, dei este un produs valoros, nu are utilizri care sacopere toat cantitatea (care vafi produs).Soluia tehnologic clasic de recuperare a glicerinei presupune distilarea apei la presiunenormal, urmat de distilarea glicerinei sub vid i purificarea final prin filtrare. Pe oinstalaie Crown Iron Works (recunoscut ca fiind una dintre cele mai eficiente) consumurilede abur sunt de 612 kg abur 6 bar pentru 450 kg glicerina farmaceutici 45 kgglicerin sub-

standard. Costurile energetice (la o cldurspecificde 2257kJ/kg abur i 35700 kJ/Nm3 degaz metan) se menin sub valoarea de 1000 lei, adic sub 2.5% din valoarea de pia a


11/16

produsului. Creterea previzibila costurilor energiei (practic dublarea lor) va meninecosturile energetice sub valoarea de 5% din valoarea de pia, meninnd procedeul viabil din

punct de vedere economic. Problema nu este ns cea a costurilor energetice a recuperriiglicerinei. O instalaie de tipul celei menionate cost milioane de euro i este furnizatdup12-18 luni de la lansarea comenzii ferme - pentru a recupera un produs care este oricum

excedentar n Uniunea European!Producerea n Romnia a circa 500 milioane de tone de bioetanol din sorg zaharat vagenera peste 1 milion tone debagasa. Folosirea bagasei ca sursa de hrana pentru rumegtoarenu este foarte recomandata pentru ca bagasa de sorg zaharat favorizeaz producerea de metan(gaz cu efect de ser mai pronunat dect bioxidul de carbon). Sunt necesare noi abordri,care sa permitnoi utilizri ale acestor sub-produse rezultate de la fabricarea biodieselului.Glicerina brut/ apele glicerinoase rezultate de la fabricarea biodieselului poate intra ncomponena unor amelioratori de sol (mpreuncu hidroxid de sodiu i acid acetic, saucatalizator i acid citric)care se aplicprin pulverizare pe soluri. Acest tip de produs ajutladezvoltarea plantelor, reducnd agresivitatea solurilor acide i stimulnd dezvoltareamicroorganismelor benefice (de ex. fixatori de azot). De asemenea regenereaz solul,

faciliteaz absorbia substanelor nutritive n esuturile plantelor i contribuie la sporirearecoltelor.

Tratamentul solurilor nisipoase cu un astfel de ameliorator pe bazde glicerinbrut,urmat de irigarea acestuia, permite retenia umiditii timp ndelungat. Compoziiafuncioneaz ca un tampon acido-bazic, meninnd balana pH-ului din sol. Este prevenitastfel splarea ionilor metalici care trebuie reinui n sol pnla absorbia de ctre rdcini itranslocarea lor spre prile aeriene ale plantelor.. Apele glicerinoase pot fi utilizate i caadjuvant la aplicarea produselor agrochimice condiionate ca pulberi de prfuit i n special a

pesticidelor granulate, transformnd ingredientele active solide sub form de pulberi nparticule fine, lipicioase, foarte adecvate pentru aplicri de refacere a structurii solului.Tot ca agent antiprfuire, pentru limitarea efectelor de dispersie pe parcursul aplicrii, intrncompoziia unor fertilizanilor anorganici generatori de praf (de exemplu DSF disintegrating sulfur fertilizer), fra interveni n procesul util de eliberare gradata agentuluiactiv (sulf, fosfat de amoniu, fosfat de calciu, nitrat de amoniu, nitrat de potasiu, clorurd e

potasiu, sulfai de potasiu).Valorificarea optim(din punct de vedere a protecie solului) a surplusului de biomas

rezultat din culturile tehnice folosite pentru producerea de biocombustibili este compostarealor i utilizarea compostului ca ameliorator de sol. Compostarea este definit n general ca un

proces de descompunere prin oxidare biologica constituenilor organici din deeuri, practicde orice natur, n condiii controlate. Deoarece compostare este un proces biologic dedescompunere a materiei organice, necesit condiii speciale, n particular, determinate de

valori optime ale temperaturii, umiditate, aerare, pH i raport C/N, necesare asigurrii uneiactiviti biologice optime n diferitele stadii ale procesului. Principalii produi ai procesuluide compostare aerobsunt: dioxidul de carbon, apa, diferii ioni minerali i materie organicstabilizat, denumit humus sau compost. Procesul decurge n doufaze distincte: (1)mineralizarea i (2) humificarea. Mineralizarea este un proces foarte intens care implicdegradarea substraturilor organice uor fermentabile, cum ar fi glucide, aminoacizi, etc.Degradarea este nsoit de o intens activitate microbiana prin care se produce cldur,dioxid de carbon i ap, ca i reziduuri organice parial transformate i stabilizate. Cndfracia organic este consumat, unele celule se descompun prin autooxidare pentru a furnizaenergie celulelor rmase. In timpul primei faze a compostrii este necesar furnizarea uneicantiti suficiente de oxigen (5-15%) pentru a permite att un bu nstart al transformrii

microbiene, ct i creterea temperaturii, necesar meninerii condiiilor igienice debiodegradare a materialului organic.


12/16

Procesul de transformarea a substanelor organice este completat n a doua fazacompostrii - cea termofil, care se desfoar n condiii mai puin oxidative, care permitformarea substanelor cu caracter de humus i eliminarea compostului toxic mai dens, formateventual n prima faz. In cea de-a doua faza compostrii este preferat un proces mai puinoxidativ pentru a evita mineralizarea excesiva substratului organic.

In decursul fazei de maturare, necesarul de oxigen este mai redus (5%), deoarece procesulbiologic devine foarte slab si are ca efect reducerea temperaturii. Se realizeaz astfel, prinprocesul de compostare controlat, reciclarea materiei organice i reducerea volumuluideeurilor solide. Creterea emisiilor de gaze cu efect de sera din sol datorit extinderii

produciei de biocombustibili. Utilizarea composturilor rezultate din resturile vegetale aleculturilor tehnice folosite pentru fabricarea biocombustibililor trebuie analizat i subaspectul producerii de gaze cu efect de ser. Oricum culturile energetice / pentru

biocombustibili determin i o cretere a gazelor cu efect de ser din agricultur. Acesteculturi tehnice produc i ele gaze de seri n special protoxid de azot. Mecanismele prin carese produc emisii de protoxid de azot din sol sunt prezentate n fig. 6.

Fig. 6. Procese biologice implicate n producerea protoxidului de azot din sol.

Tab.2 Producerea de gaze cu efect de serde ctre diferitele culturi tehnice utilizate pentrubiocombustibili.


13/16

In tab. 2 sunt prezentate emisiile cu gaze cu efect de serde gaze cu efect de serde

ctre diferitele culturi tehnice utilizate pentru biocombustibili. Aceste date pot duce la oreanaliza emisiilor nete de gaze cu efect de serprin fabricarea diferilor biocombustibili,din diferite surse.

Fig.7. Reducerea de emisii de gaze cu efect de ser pentru diferitele tipuri de

biocombustibili. Rou n funcie de eficiena global de producere; albastrun funcie decapacitatea culturii de fixare de CO2. In afara de aceste aspecte care in de eficiena global a

producerii de biocombustibili mai trebuie luate n considerare i aspectele care in de valoareaEroEI a biocombustibililor (ERoEI = How much Energy is Returned on Energy Invested =Ctenergie obii din energia investit?)

Pentru a extrage un baril de petrol, al prelucra i al transporta acolo unde este nevoiede el se folosete ntre a aizecia parte i a zecea parte din energia acelui baril. Cu alte cuvinteca sextragi, sprelucrezi i stranspori 10 barili de petrol consumi ntre 0,17 si 1 baril de

petrol. Estimrile precaute ale ERoEI pentru energia cu care funcioneazeconomia noastractualsunt mult peste 10:1 (cu o mare parte a economiei funcionnd n jurul lui 30:1).La determinarea EroEI cad cele mai multe alternative energetice dupo simpl examinare.Hidrogenul comercial e un bun exemplu despre cum s consumi mai multenergie dect

produci. Sursa cea mai comun pentru hidrogen este gazul natural. Gazul natural este tratat cu


14/16

abur. Aburul este obinut prin fierbereaapei folosind i mai mult gaz natural, petrol, crbune.Prin ardere productoare de bioxid de carbon cu efect de ser! Bunul sim spune chidrogenul comercial produs din gaze naturale nu este o soluie de reducere a emisiilor degaze cu efect de ser.Biocombustibilii au un ERoEI mic (cu excepia biodieselului din alge a se vedea i tab.3).

Dacse ia n calcul i eficiena motoarelor (TTW tank to wheel) atunci eficiena energetica biodieselului din alge se aproprie de cea a benzinei.Tab.3. Valorile EroEI pentru biocombustibili.

WTW eficiena producerii i distribuirii; TTW eficiena motorului cu ardereintern; WTW; eficiena de producere, distribuire i utilizare. in cazul combustibililor trebuieluate n considerare i mrimea suprafeelor care trebuie cultivate. 1 ha de rapi producecirca 1 tona de biodiesel. Un camion pentru un singur drum Bucureti -Timioara (550 km la

25 litri/100 km) consum137,5 litri de motorin. Un singur drum, un singur TIR = 0,137hacultivate timp de un an! Din motivele prezentate mai sus (impact negativ asupra mediuluii n special asupra solului, intensificarea producerii de gaze cu efect de serdin sol) soluiileoptime din punct de vedere ecologic sunt sistemele integrate, n care sunt urmriteconcomitent producerea de biocombustibili, refacerea solurilor i reducerea emisiilor de gazecu efect de sera din sol. Sisteme integrate de producere de biocombustibili, refacerea solurilorsi reducerea emisiilor de gaze cu efect de sera din sol.

In fig. 8 este prezentat un prim tip de sistem integrat de fabricare de biocombustibili,reducere de gaze cu efect de ser i refacerea solurilor. Acest sistem se bazeazpe (bio)conversia multipla co-produselor rezultate de la fabricarea biocombustibililor i implic:

(i) un procedeu de utilizare a bagasei de sorg pentru producerea de bagasacomestibillignocelulozic;

(ii)un bioproces de conversie a substratului pentru cultivarea ciupercilor inamelioratori de sol cu etichetecologic;

(iii)o instalaie nou creatpentru producerea amelioratorilor de sol ;(iv)bioproduse cu eliberare controlatpe baza tulpinilor biologic active de Bacillus

subtilissi Trichoderma viride;(v)cultivarea microorganismelor pe medii avand ca sursa de carbon apa glicerinoase;(vi)unproces inovativ de condiionare a produselor biologice prin coacervare;(vii)biopesticide pe baza tulpinilor active de Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia,

Trichoderma viriderezultate de la (v) procesul de cultivare a microorganismului pe medii cu

pe apa glicerinoasa;(viii)condiionare pe bagasa de sorg sterilizata prin iradiere gamma;


15/16

(ix)biofertilizanti pe baza de Rhizobiumspp., Pseudomonas fluorescens,Azospirillumspp. rezultai de la procesul de cultivare al microorganismelor pe medii cu apaglicerinoasa i

(vii) condiionare pe bagasa de sorg sterilizata prin iradiere gamma;(x)un bioinsecticid volatil produs printr-un proces de extracie a glucozinolatilor de la

roturi de rapi.In fig. 9 este prezentat un alt proces integrat de fabricare a biocombustibililor, din carerezultinclusiv amelioratori de sol. Procedeul implicun proces biochimic, de solubilizare acarbohidrailor din biomasi procedeetermochimic, de distilare uscati de gazeifiere a materialelor vegetale care nu sunthidrolizabile enzimatic. Din procesul de distilare uscatrezultun crbune vegetal cu

proprieti foarte bune de absorbie, care este folosit pentru absorbia gazelor poluante (NOxi SOx) emise de termocentrale (cu generarea unui fertilizant N-S cu eliberare controlat

Fig. 9. Ciclu integrat de conversie biochimici termochimica materialului vegetal nbiocombustibili, amelioratori de sol, clduri energie electric.

De menionat csubprodusele rezultate la distilarea bioetanolului fabricat dinfermentarea zaharurilor hidrolizatedin biomassunt i ele valorificate, prin producerea de biogaz i de compost.Ultimele tipuri de sisteme integrate care vor fi prezente aici sunt cele care iau n considerarefixarea de ctre alge a

bioxidului de carbon n vederea producerii de biodiesel, biopesticide i amelioratori de sol. Inperioada anilor 80, Departamentul Energiei al SUA a finanat considerabil activitati de C-D


16/16

din Programul speciilor acvatice, pentru producerea de carburani din cianobacterii sau dinmicroalge (biodiesel) pe scara mare, in sisteme consacrate. Acest efort a culminat cu ooperarea unei instalaii pilot pe 0,2 ha in Roswell, New Mexico, cnd s-a demonstratcapacitatea tulpinilor selectate de alge/cianobacterii de a fixa foarte eficient CO2n bazine

joase agitate de roti cu pale.

In timpul anilor 90, Japonia a sponsorizat RITE (Cercetari pentru TehnologiiInovative ale Pamntului), fiind fcut un foarte mare efort de C-D privind cianobacteriile /microalgele utilizate pentru fixarea CO2din gazele de ardere dela termocentrale si reducerea GHG, cu accentul pe folosirea fotobioreactoarelor nchise cudiferite modele, in specialdin fibra optica si producerea unor produse secundare cu valoaremare. In final s-a dovedit ca bazinele deschise (majoritatea de tipul celor joase agitate de roticu pale) constituie o metoda de producie cu cost mai eficient dect fotobioreactoarele.Europa este de asemenea o parte din eforturile de cercetare a diminurii impactului GHG prinfixare cu cianobacterii / microalge. Se vor prezenta aici cteva exemple. EniTecnologie(Italia) a dezvoltat n 2005 unsistem pilot pentru utilizarea CO2fosil emis de la otermocentrala NGCC pentru a produce biomasa cianobacteriana. In cadrul reelei EUREKA,

proiectul BIOFIX E3650, Institutul de Microbiologie de la Academia Ceha de tiine,Institutul pentru Cercetarea Carburanilor de la Praga si Institutul pentru ProcesareaCerealelor, departamentul Alge din Germania au nceput, pe 1 ianuarie 2006, un proiect

pentru utilizarea CO2din gazele de ardere pentru creterea recoltei produse de microalge. Unstudiu de fezabilitate a nceput recent (in vara anului 2005) la Universitatea InternaionalaBremen. Proiectul va investiga perspectiva dezvoltrii unui sistem fotosintetic pe scara larga

pentru controlul gazelor de sera. Scopul este utilizarea cianobacteriilor ca sechestrantinaturali pentru emisiile de CO2de la o termocentrala pe crbune EON Ruhrgas de 350 MW laBremen. Toate aceste noi cercetri sunt menite sdezvolte noici de fixare (eficientisigurpentru mediu) a bioxidului de carbon, n paralel cu producerea de biocombustibili.

Bio CombustiBili

Documents

Transcript of Bio CombustiBili