1. INTRODUCERE

Combustibilii fosili de tipul titeiului si gazelor naturale sunt in prezent una dintre principalele surse energetice exploatate ale planetei. Conform ultimelor evaluari, rezervele certe de titei sunt de cca. 1000 miliarde barili. Se estimeaza ca la nivelul actual de consum, rezervele de titei ar putea acoperi necesarul mondial pentru cel mult 44 ani. Resursele fosile sunt neuniform repartizate pe glob si limitate cantitativ, in timp ce consumul anual este in crestere. Analizand distributia pe glob a rezervelor de titei, s-a constat o situatie alarmanta in unele zone mari consumatoare de derivati petrolieri, ca spre exemplu Europa de vest.

Criza titeiului, inceputa in octornbrie 1973, urmata de cresteri semnificative ale preturilor derivatelor petroliere de la inceputul lui '80 a declansat interesul general pentru sursele alternative de energie si pentru materii prime de provenienta ne-petrochimica. Dupa criza din Golf, a anului 1990, astfel de preocupari au devenit majore, la nivel de politici de stat.

Pe plan international, scaderea rezervelor de titei si majorarile consecutive ale pretului acestuia, au creat premize favorabile abordarii fabricatiei de combustibili alternativi.

In acelasi sens benefic actioneaza si legislatiile antipoluare, care limiteaza sever cantitatea de emisii poluante din gaze de de esapament ale motoarelor cu ardere interna. Oxizii de azot si de sulf, fumul si hidrocarburile incomplet arse din gaze de esapare ale motoarele care utilizeaza combustibili clasici, sunt agenti poluanti majori ai atmosferei. De asemenea, acumularea in atmosfera a bioxidului de carbon rezultat din arderea combustibililor clasici, contribuie la amplificarea efectului de sera. Se impunea astfel obtinerea unor combustibili alternativi prin a caror ardere sa se diminueze sensibil cantitatea de emisii poluante evacuate in atmosfera si prin utilizarea unor resurse de materii prime re-innoibile sa se elimine efectul de sera datorita acumularii de bioxid de carbon in atmosfera.

1.1. SURSELE REGENERABILE DE ENERGIE

Sursele de energie regenerabile cum ar fi biomasa, energia solara, solara, hidro si geotermala pot asigura servicii energetice importante bazate pe utilizarea resurselor locale disponibile, studiile realizate pana in prezent demonstrand ca potentialul acestor surselor de energie este enorm, acestea putand acoperi in principiu de cateva ori cererea de energie.

Pornind de la aceasta realitate, o tranzitie catre sisteme de energie bazate pe surse de energie regenerabile pare din ce in ce mai probabila tinand cont ca costurile acestora scad in timp ce pretul titeiului si gazelor continua sa fluctueze.

In prezent, sursele de energie regenerabile asigura intre 15 – 20 % din cererea totala de energie din lume.

Acestea constau in principal din biomasa (majoritatea lemn pentru gatit si incalzit – in special in tarile in curs de dezvoltare din Africa, Asia si America Latina) precum si centrale hidro mari care asigura 20% din totalul energiei asigurata de sursele regenerabile.

1

Noile surse de energie (solara, eoliana, bioenergie moderna, energie geotermala si centrale hidro mici) reprezinta 2%.

Studii recente cu privire la dezvoltarea viitoare a sectorului energetic arata ca in a doua jumatate a sec XXI prin implementarea strategiilor corespunzatoare, ponderea surselor de energie regenerabile in total poate creste de la 20% la peste 50%, acestea putand contribui la satisfacerea nevoilor curente de incalzire in anumite zone (rurale) defavoriz ate (de exemplu biomasa).

In conditiile concrete din Romania, in balanta energetica se iau in considerare urmatoarele tipuri de surse regenerabile de energie:

ENERGIA SOLARA - utilizata la producerea de caldura prin metode de conversie pasiv a sau activa sau la furnizarea de energie electrica prin sisteme fotovoltaice;

ENERGIA EOLIANA - utilizata la producerea de energie electric a cu grupuri aerogeneratoare;

HIDROENERGIA - centrale hidroelectrice cu o putere instalata mai mica sau egala cu 10 MW ("hidroenergia mica"), respectiv centrale hidro cu o putere instalata mai mare de 10 MW ("hidroenergia mare");

BIOMASA - provine din reziduuri de la exploatari forestiere si agricole, deseuri din prelucrarea lemnului si alte produse; biogazul este rezultatul fermentarii in regim anaerob a dejectiilor animaliere sau de la statiile de epurare orasenesti;

ENERGIA GEOTERMALA - energia inmagazinata in depozite si zacaminte hidrogeotermale subterane, exploatabila cu tehnologii speciale de foraj si extractie.

Utilizarea biocombustibililor a fost promovata si de Consiliul şi Parlamentul European care au adoptat Directiva CE 30/2003 pivind promovarea combustibililor regenerabili destinaţi transporturilor. Această directivă prevede printre altele :

înlocuirea până în anul 2020, în proporţie de 20% a combustibililor convenţionali cu alţi combustibili alternativi în sectorul transportului rutier;

bioetanolul şi biodieselul pentru autovehicule, în formă pură sau amestec trebuie să corespundă normelor standard EN 14214;

creşterea ponderii biocombustibililor se va asocia cu un studiu de impact economico – social;

monitorizarea efectului adaosului de peste 5% biocombustibil în amestec diesel, la vehicule neadaptate tehnic;

rapoarte periodice din 2 în 2 ani privind: aspectele economice; perspectiva ciclului de viaţă a biocombustibilului; sponsorizarea produselor agricole, materii prime pentru biocombustibili; impactul economic şi ecologic privind utilizarea bicombustibilului asupra mediului; acordarea priorităţii promovării biocombustibilului, diseminarea informaţiilor privind calitatea şi utilitatea biocombustibilului; operaţiuni energetice pe termen lung în transporturi.

se pot utiliza drept biocombustibili: bioetanolul, biodieselul, biogazul, biodimetil eter, biohidrogen, ulei vegetal pur.

2

Acest carburant poate fi folosit în motoarele cu aprindere prin compresie cu mici modificări ale acestuia sau chiar deloc. Este simplu de utilizat, biodegradabil, netoxic şi, cel mai important în condiţiile actuale referitoare la poluarea atmosferică şi combaterea acestui fenomen, liber de sulf şi de hidrocarburi aromatice.

Prima utilizare a acestui tip de carburant îi aparţine lui Rudolf Diesel, care prepara un combustibil pe bază de ulei de alune. În perioada celui de-al doilea razboi mondial creşte interesul pentru fabricarea biodiesel, datorită necesarului crescut de motorină. Preţul relativ ridicat la acea vreme, ca şi avântul pe care l-a luat industria de prelucrare de petrol, face ca ulterior să scadă interesul pentru acest produs. Este însă luat din nou în discuţie începând cu anii ‘70, ca urmare a efectelor crizei petrolului. După 1990, biodiesel începe să fie produs la scară industrială în toată lumea – Germania, Franţa, S.U.A., Italia, Suedia, Japonia, China etc. - Lista produselor considerate biocarburanţi cuprinde cel puţin următoarele:a) bioetanol - etanol produs din biomasă şi/sau fracţia biodegradabilă a deşeurilor, în vederea utilizării ca biocarburant;b) biodisel - ester metilic, de calitatea motorinei, produs din ulei vegetal sau animal, în vederea utilizării ca biocarburant;c) biogaz - carburant gazos produs din biomasă şi/sau din partea biodegradabilă a deşeurilor, care poate fi purificat până ajunge la calitatea gazului natural, în vederea utilizării ca biocarburant sau gaz de lemn;d) biometanol - metanol extras din biomasă, în vederea utilizării ca biocarburant;e) biodimetileter - dimetileter extras din biomasă, în vederea utilizării ca biocarburant;f) bio-ETBE (etil-tert-butil-eter) - ETBE produs pe bază de bioetanol. Procentajul volumic de bio-ETBE, calculat ca biocarburant, este de 47%;g) bio-MTBE (metil-tert-butil-eter) - carburant produs pe bază de biometanol. Procentajul volumic de bio-MTBE, calculat ca biocarburant, este de 36%;h) biocarburanţi sintetici - hidrocarburi sintetice sau amestecuri de hidrocarburi sintetice, care au fost extrase din biomasă;i) biohidrogen - hidrogen extras din biomasă şi/sau din partea biodegradabilă a deşeurilor, în vederea utilizării ca biocarburant;j) ulei vegetal pur - ulei produs din plante oleaginoase prin presare, extracţie sau procedee comparabile, brut ori rafinat, dar nemodificat din punct de vedere chimic, în cazul în care utilizarea sa este compatibilă cu un tip de motor şi cu cerinţele corespunzătoare privind emisiile.

1.2. BIOMASA

Biomasa a fost prima sursa de energie exploatata de oameni fiind reprezentata de materialele organice ce provin din plante (componenta vegeta): alge, copaci si culturi vegetale, etc., organisme vii care permit, in principal, colectarea si inmagazinarea energiei solare prin fotosinteza.

De-a lungul intregii istorii umane, lemnul a fost sursa principala de energie si a fost utilizat in scopuri energetice din momentul descoperirii de catre om a focului. Ca forma de pastrare a energiei Soarelui in forma chimica, biomasa este unul din cele mai populare si universale resurse de pe Pamant, ea asigurand nu doar hrana, ci si energie, materiale de constructie, hartie, tesaturi, medicamente si substante chimice.

Astazi combustibilii din biomasa poate fi utilizati in diferite scopuri – de la incalzirea incaperilor pana producerea energiei electrice si combustibililor pentru automobile

3

Abia in ultimul secol, datorita dezvoltarii tehnicilor eficiente de extragere si ardere a combustibililor fosili, carbunele, titeiul si gazele naturale au inlocuit lemnul ca combustibil primar in lumea industrializata.

In prezent se foloseste cca 10-14% energie din biomasa aceasta reprezentand a patru sursa de energie ca marime dupa titei (33%), carbune (21%) si gaze naturale (19%).

Din angajamentele Romaniei privind valorificarea surselor regenerabile, aproximativ trei sferturi se pot indeplini prin valorificarea potentialului biomasei, tinand seama de ponderea acestei surse energetice regenerabile in potentialul exploatabil la nivel national.

In anul 2010, principalul obiectiv privind utilizarea biomasei, in conditii de eficienta economica, consta in obtinerea unui consum total de circa 3.500 tep. Pe termen mediu si lung, sporirea potentialului exploatabil al biomasei se asigura prin plantatii (arbori si arbusti cu perioada redusa de crestere) pe suprafete degradate, terenuri agricole dezafectate sau scoase din circuitul agricol.

La realizarea acestor obiective trebuie sa se acorde prioritate pentru: cunoasterea potentialului de biomasa disponibila pentru producerea de energie; stabilirea celor mai adecvate tipuri de biomasa si testarea in unitati pilot a potentialului energetic al acestora pentru evaluarea prin ardere/gazificare; promovarea unor solu tii tehnice de ardere combinata de carbune/ biomasa si identificarea de solutii adecvate conditiilor locale si de retehnologizare a capacitatilor existente. organizarea de campanii promotionale privind avantajele obtinerii de energie din biomasa cu consecin te directe asupra mediului inconjurator si restructurarea economiei rurale/locale;Valorificarea energetica a biomasei se materializeaza prin: elaborarea de studii de fezabilitate pentru substituirea combustibilului lichid sau gaze naturale in localitati din zona montana si submontana, cu combustibil lemnos (deseuri forestiere, lemn de foc etc.); studii si rapoarte de valorificare a resturilor vegetale din exploatatii agricole in centrale de incalzire amplasate in zone de ses sau de campie..9 reorientarea activitatii de cercetare aplicativ a privind procesul de combustie a carbunelui, tehnologii de gazeificare a biomasei, amenajarea de bazine ecologice pentru colectarea gazului de fermentare si producerea de energie electric a cu turbine sau motoare cu gaze.Energia biomasei sau bioenergia reprezinta transformarea biomasei in forme

utile de energie cum ar fi caldura, electricitate si combustibilli lichizi.Procentul exact de transformare a biomasei in energie nu se cunoaste

deoarece majoritatea acestui tip de energie este folosita necomercial, in tarile in curs de dezvoltare.

De obicei biomasa nu este considerata o sursa energetica moderna, dat fiind rolul pe care l-a jucat si continua sa-l joace aceasta, in majoritatea tarilor in curs de dezvoltare. In aceste tari ea reprezinta inca cca 1/3 din energia primara folosita in timp ce in tarile sarace procentul poate atinge chiar si 90% din totalul de energie.

Arderea directa a biomasei asa cum se realizeaza in prezent in tarile in curs de dezvoltare pentru prepararea hranei si incalzire a luat numele de “titeiul saracului” aflandu-se la partea inferioara a surselor de energie preferate, in timp ce gazul si electricitatea se afla la partea superioara a acestei clasificari.

In tarile industrializate, majoritatea biomasei este transformata in electricitate si energie termica de proces pentru sistemele de cogenerare (productie combinata energie si caldura) la unitatile industriale sau companiile de incalzire centralizate ale municipalitatilor.

4

Biomasa prin exploatare rationala, controlata administrativ si sustinuta stiintific reprezinta o forma de energie regenerabila, care furnizeaza biocombustibili, in general sub forma solida si biocarburanti, in general sub forma lichida.

Figura 3: Ponderile diferitelor surse regenerabile, in producerea de energie primara in 2002

POTENTIALUL DE BIOMASA IN ROMANIA este de circa 6675 mii tone echivalent energie iar consumul mediu este de aproape 4500 mii tone echivalent. Acest consum reprezinta 6,5% din consumul total de energie in Romania.

Biomasa ca sursa de energie are potentialul de a fi “modernizata” la scara mondiala, adica sa fie produsa si transformata eficient si competitiv in forme mai uzuale cum ar fi gaze, lichide sau electricitate.

Exista o varietate de tehnologii prin care se poat realiza transformarea biomasei solide in combustibili ecologici pentru diverse aplicatii, de la gospodarii la zone industriale mari.

Prin implementare pe scara larga, aceste tehnologii ar permite ca energia provenita din biomasa sa joace un rol mult semnificativ in viitor, in special in tarile in curs de dezvoltare.

Transformarea biomasei in alte tipuri de energie cum ar fi electricitatea si combustibili pentru transport va aloca biomasei o valoare comerciala si va asigura venituri pentru economiile rurale locale.

Pentru a se obtine o astfel de situatie este esentiala crearea pietelor si infrastructurii pentru biomasa aplicarea si comercializarea tehnologiilor cheie de conversie cum ar fi IGCC si instalatiile avansate de producere a combustibililor pentru metanol, hidrogen si etanol si castigarea de experienta in ceea ce priveste instalatiile de productie a biomasei intr-o diversitate de contexte.

Acum se produc in Uniunea Europeana cca 1,4 milioane tone biodiesel si 0,4 milioane tone bioetanol, iar cererea pe piata este in continua crestere. Pentru tara noastra producerea de biocarburanti poate fi o oportunitate de export si o alternativa la dezvoltarea agricola si la folosirea terenurilor necultivate.

5

2. PERSISTENTA POLUANTILOR IN ATMOSFERA

În marile aglomerări urbane, traficul rutier este responsabil pentru 90% din concentraţiile de monoxid de carbon şi plumb din aer, pentru 65% din concentraţiile de oxizi de azot şi hidrocarburi şi un procent important de al particulelor aflate în suspensie. În mediul urban, au fost înregistrate depăşiri ale C.M.A., la monoxid de carbon, cu până la 450%. Se cunoaşte faptul că 80% din bolile de cancer sunt datorate substanţelor nocive din atmosferă. Emisiile auto reprezintă factorul dominant al poluării atmosferice, mai ales hidrocarburile aromatice. Pe arterele principale, în 24 de ore, pot fi eliminate elemente cancerigene de natură aromatică de peste 30 µg/m3, iar în zgura ţevilor de eşapament se regăsesc circa 200 µg de benziprem, unul din principalii factori care generează cancerul.

În traficul din România, s-a constatat faptul că autovehiculele echipate cu MAS, depăşesc valorile nivelului de poluare admis, în proporţie de 70%, iar cele cu MAC ating un procent de 86%. Având în vedere acest lucru este uşor de imaginat nivelul de poluare din orice intersecţie luată spre studiu, din orice oraş important al ţării. Este necesar a se găsi soluţii şi măsuri care să permită o acţiune susţinută atât pe plan naţional cât şi local de către autorităţile competente, pentru a putea reduce nivelul de poluare datorat traficului rutier, şi pentru a putea oferi locuitorilor acestor oraşe un aer curat. Acest obiectiv vine şi în sprijinul pregătirii integrării sistemului de transport din România în sistemele de transport al Uniunii Europene, ca o condiţie de bază a aderării ţării noastre la U.E.

Propulsia autovehiculelor a parcurs de-a lungul timpul un drum lung şi anevoios. Odată cu primele probleme apărute din necesitatea oamenilor de a se deplasa, s-au intensificat şi cercetările privind modul de propulsie al autovehiculelor.

Sistemul utilizat pe scară largă pentru propulsarea autovehiculelor este motorul cu piston cu ardere internă. Motoarele cu ardere internă utilizează în prezent drept carburant hidrocarburi petroliere. În funcţie de tipul motorului carburanţii sunt: benzina pentru motoarele cu aprindere prin scânteie (Otto), respectiv motorina pentru motoarele cu aprindere prin compresie (Diesel). În figura este prezentată schema unui autovehicul care funcţionează cu un motor cu ardere internă.

Principalele neajunsuri ale propulsării autovehiculelor prin motoare cu ardere internă sunt legate de natura carburantului.

6

Rezervor pt. carburant

Conductă de alimentare

Motor

cu aprindere prin scânteie

cu aprindere prin compresie

Fig. 1 Autovehicul ce funcţionează cu un motor cu ardere internă

Acestea sunt: poluarea cu produsele de ardere care au şi efect de seră; resursele limitate de hidrocarburi, etc.

Arderea hidrocarburilor în motoarele cu piston are ca efect emisia de produse de ardere poluante. Cele mai importante produse de ardere sunt: oxidul de carbon, oxizii de azot, compuşi organici volatili, dioxidul de carbon, particule în suspensie. Ultimele decenii au dus la reducerea substanţială a poluării datorată motoarelor cu ardere internă, atât prin perfecţionarea motoarelor, cât şi prin perfecţionarea carburanţilor.

În timpul orelor de vârf, în zonele urbane, concentraţia atmosferică de oxizi de azot şi hidrocarburi creşte rapid pe măsură ce aceste substanţe sunt emise de automobile sau de alte vehicule. În acelaşi timp cantitatea de dioxid de azot din atmosferă scade datorită faptului că lumina solară îl descompune în oxid de azot şi atomi de oxigen. Atomii de oxigen se combină cu oxigenul molecular formând ozonul. Hidrocarburile se oxidează prin reacţia cu O2, şi reacţionează cu oxidul de azot pentru a produce dioxidul de azot. Pe măsură ce se apropie mijlocul zilei, concentraţia de ozon devine maximă, cuplat cu un conţinut minim de oxizi de azot. Această combinaţie produce un nor toxic de culoare gălbuie cunoscut drept smog fotochimic.

Autovehiculele devin astfel principalul factor poluant al aerului. Studiile au arătat că din totalul poluării, transporturile determină poluări semnificative ale aerului cum ar fi: 77% din CO care poluează atmosfera este rezultat din emisiile datorate utilizării motoarelor cu ardere internă, în timp ce CO2 reprezintă aproximativ 49%. Figura prezintă procentele de noxe datorate transporturilor.

Un alt dezavantaj major al motoarelor cu ardere internă este dependenţa acestora de resursele limitate în ceea ce priveşte hidrocarburile. Studiile efectuate în acest domeniu au demonstrat că, o dată cu dezvoltarea transportului auto bazat pe motoarele cu ardere internă, a crescut şi necesitatea producerii unei cantităţi mai mari de carburanţi din hidrocarburi. Din păcate resursele de petrol, pe care se bazează obţinerea carburanţilor auto, sunt limitate. In figura se prezinta prognoza productiei mondiale de petrol pana in anul 2040. Se observă astfel o scădere semnificativă a producţiei de petrol, fapt determinat de reducerea rezervelor mondiale de petrol.

7

CO = monoxid de carbon NOx = oxizi de azot COV = compuşi organici volatili CO2 = dioxid de carbon

2 CO

PS

COVs

x NO

CO

Sursa: EPA, 1997

77%

49%

40%

24%

31%

Fig.2 Contribuţia transporturilor la poluarea atmosferei

O comparaţie între necesarul de produse petroliere şi producţia acestora pentru următorii ani este prezentată în figura 7 . Dacă producţia de carburanţi petrolieri prezintă o pantă descendentă de-a lungul timpului, nu acelaşi lucru se observă la

necesarul de petrol, care creşte odată cu dezvoltarea permanentă a societăţii. Diferenţa dintre cererea de petrol dictată de dezvoltarea, în principal, a transporturilor auto, şi disponibilul împuţinat datorită declinului producţiei trebuie acoperită din alte surse.

8

0

5

10

15

20

25

30

1840

1860

1880

1900

1920

1940

1960

1980

2000

2020

2040

Pro

du

cţia

mon

dia

lă d

e p

etro

l (m

ilia

rde

bar

ili)

Fig. 3 Estimarea producţiei mondiale de petrol 1840 - 2040

0

5

10

15

20

1970

1980

1990

2000

2010

2020

2030C

anti

tate

, mili

oane

bar

ili/z

i da

y)

Necesarul de petrol

Producţia de petrol diferenţa

Fig.4 Necesarul de petrol comparativ cu producţia

Având în vedere cresterea semnificativã a pretului petrolului, precum si îngrijorãrile sporite cu privire la sursele de aprovizionare cu energie stabile,sigure si adaptate la mediu, promovarea utilizãrii biocombustibililor în sectorul transporturilor reprezintã o prioritate pe agenda politicã europeanã.

În prezent, biocombustibilii reprezintã singura solutie în vederea reducerii semnificative a dependentei de petrol în sectorul transporturilor. Conform Politicii Energetice pentru Europa, Comisia se angajeazã sã încurajeze producerea si utilizarea biocombustibililor, propunând stabilirea unui procent minim obligatoriu pentru biocombustibili de 10% din carburantul pentru autovehicule pânã în 2020.

Sectorul transporturilor în Europa se dezvoltă în mod constant. Maşinile şi camioanele oferă avantaje socio-economice atât de mari, încât ar fi greu de imaginat cum ne-am descurca astăzi fără ele. Cu toate acestea, situaţia devine de neconceput. O treime din emisiile de CO2 provin din transporturi, gazele cu efect de seră fiind principalul motiv pentru schimbarea climei. În viitor, se preconizează o creştere semnificativă a acestor emisii. În plus, sectorul transporturilor se bazează în proporţie de 98% pe petrol, o cantitate semnificativă importată de combustibil fosil care va deveni mai scump pe măsură ce rezervele se vor diminua.

UE propune o soluţie imediată pentru această situaţie: încurajează înlocuirea motorinei şi a benzinei cu biocombustibili. Aceştia sunt combustibili curaţi, regenerabili, produşi din material organic. Dezvoltarea sectorului va conduce şi la crearea de locuri de muncă şi va deschide noi pieţe pentru producţia agricolă. De asemenea, biocombustibilii contribuie la soluţionarea aspectelor comune complexe,respectiv diversificarea surselor de energie şi realizarea obiectivelor prevăzute în Protocolul de la Kyoto.

În cadrul directivei privind biocombustibilii, adoptată în 2003, Europa şi-a stabilit drept obiective înlocuirea a 2% din benzina şi motorina utilizate în transporturi cu biocombustibili până în 2005, respectiv 5,75% până în 2010. Obiectivul prevăzut pentru 2005 nu a fost atins. Se aşteaptă un progres substanţial până în 2010, deşi acesta nu va fi suficient pentru atingerea obiectivului propus pentru 2010. Prin urmare, Comisia propune consolidarea cadrului legislativ, care prevede atingerea a minim 10% din ponderea pe piaţă a biocombustibililor în 2020.

Deoarece majoritatea biocombustibililor furnizează economii semnificative în emisiile de gaze cu efect de seră, producerea acestora este posibilă şi într-o altă manieră sau prin metode care cauzează probleme de mediu. Comisia propune introducerea unui stimulent/sistem de sprijin pentru a evita acest aspect şi pentru a încuraja dezvoltarea biocombustibililor „de a doua generaţie”.

O serie de politici pot contribui la stimularea utilizării şi producerii de biocombustibili la nivel european. Scutirea de taxe reprezintă o formă de sprijin pe termen lung pentru sectorul biocombustibililor. De asemenea, mai multe state membre au anunţat introducerea obligaţiilor privind biocombustibilii. Astfel, furnizorii sunt obligaţi să plaseze pe piaţă un procent de biocombustibili, oferind investitorilor o reţea sigură şi dezvoltând industria biocombustibililor.

Biocombustibilii cei mai cunoscuţi în prezent sunt biodiesel-ul (obţinut din plante oleaginoase precum rapiţa şi floarea soarelui) şi bioetanolul (obţinut din zahăr şi amidon, respectiv din recoltele de sfeclă şi cereale). Aceşti doi combustibili de transport lichizi au capacitatea de a înlocui, în mare măsură, motorina şi benzina. Aceştia pot fi utilizaţi pentru motoarele maşinilor moderne (nemodificaţi pentru amestecurile joase sau cu modificări minore pentru amestecurile înalte) şi distribuiţi prin intermediul infrastructurilor existente.

9

3. FABRICAREA, UTILIZAREA ŞI REFORMULAREA BIODIESELULUI DIN ULEIURI VEGETALE

Până la ora actuală, trei sunt căile cel mai des utilizate pentru obţinerea biodieselului : - Transesterificarea uleiurilor cu alcool, în cataliză bazică;- Esterificarea uleiurilor cu metanol în cataliză acidă directă;- Conversia uleiurilor la acizi graşi şi apoi la alchilesteri, în cataliză acidă.

Materiile prime utilizate pentru obţinerea biodiesel sunt dintre cele mai variate. Proporţiile în care intervin în procese materiile prime sunt : 87% uleiuri vegetale, 12% alcooli, 1% catalizatori. Se obţin 86% metilesteri, 9% glicerină, 4% alcool, 1% material fertilizator .

Marea majoritate a proceselor se desfăşoară în cataliză bazică, această variantă fiind cea mai economică din mai multe motive:- procesul are loc la temperaturi scăzute (40 – 66°C)- se desfăşoară cu conversii mari (98%), cu reacţii secundare minime şi latimpi de reacţie mici;- conversia la metilesteri este directă şi nu necesită paşi intermediari;- nu sunt necesare materiale de construcţie deosebită.

Uleiul vegetal pur se obţine din plante uleiose prin presare, extracţie sau proceduri comparabile, crud sau rafinat, dar chimic nemodificat atunci când este comparabil cu motoarele la care este utilizat şi respectă normele provind noxele.

Toate uleiurile vegetale şi animale conţin în principal trigliceride de genul celei prezentate în schema de mai jos:

R1, R2 şi R3 reprezintă lanţuri hidrocarbonate lungi, provenite din acizii graşi, care esterifică glicerina. În formă liberă acizii graşi au următoarea configuraţie.

10

Biocombustibilul se poate obţine din orice tip de ulei vegetal, cum ar fi: uleiul de soia, rapiţă, floarea soarelui, palmier, ricin, etc. El se mai poate obţine şi din ulei folosit şi din grăsimi animale [17]. Uleiul de rapiţă domină industria de producere a biodieselului în Europa. În SUA biodieselul este făcut din uleiul de soia deoarece aici el este produs mai mult decât celelalte surse de grăsimi şi uleiuri combinate.

Utilizarea uleiurilor vegetale drept carburanţi ca atare sau sub formă de derivaţi, constituie o nouă cale care permite, pe de o parte, acoperirea parţială a necesarului de combustibil al unor ţări care nu dispun de petrol, iar pe de o altă parte, reducerea prin diluţie, până la limitele admise a conţinutului total de sulf (sub 350ppm, în prezent) .

Interesul deosebit acordat în unele ţări reformulării combustibililor diesel cu uleiuri vegetale sau derivaţii lor de tip monoesteri se bazează pe următoarele considerente :

reprezintă o cale de economisire a motorinelor şi de acoperire anecesarului de ţiţei în ţările care nu dispun de acesta;

uleiurile vegetale, derivaţii lor de tip monoesteri şi amestecurilemotorine – monoesteri sunt comparabili cu motorinele auto actuale;

amestecurile motorine – monoesteri nu pun probleme deosebite privindsepararea şi proprietăţile fizico – chimice;

alimentarea motoarelor diesel cu monoesteri sau amestecuri motorine monoesteri, permite reducerea poluării atmosferei, prin scăderea concentraţiilor de oxid de carbon şi fum.

Valorificarea uleiurilor vegetale în calitate de combustibil diesel se realizează prin: folosirea uleiurilor vegetale ca atare; utilizarea monoesterilor obţinuţi prin transesterificarea uleiurilor generale, în

stare sau în amestec cu motorină; conversia uleiurilor vegetale în hidrocarburi, prin procese de descompunere

termică, de cracare catalitică, de hidroliză a uleiurilor şi decarboxilarea acizilor graşi rezultaţi.

Pentru a se evalua posibilitatea de utilizare a uleiurilor vegetale în calitate de substituenţi ai motorinei, trebuie luate în considerare următoarele caracteristici principale:intervalul de distilare, vâscozotatea, indicele cetanic, comportarea la rece, puterea calorică volumică, stabilitatea în timpul stocării.

Stabilitatea uleiurilor vegetale este esenţială pentru utilizarea acestora în calitate de combustibil diesel. Din acest punct de vedere, ele au o stabilitate relativ redusă, putându – se hidroliza, polimeriza, oxida formând depuneri cu o compoziţie chimică complexă. O atenuare a fenomenului de hidroliză şi de formare a gumelor la

11

stocare s-a realizat prin folosirea de aditivi care s-au dovedit eficienţi în protejarea uleiurilor vegetale.

Pentru eliminarea dificultăţilor care apar la utilizarea uleiurilor vegetale în calitate de combustibil diesel, o variantă de interes actual o reprezintă folosirea monoesterilor obţinuţi prin transesterificarea uleiurilor vegetale cu diferiţi alcooli (metanol, etanol, butanol etc.)

Reacţia care permite obţinerea monoesterilor prin transesterificarea metanolului este prezentată mai jos :

CH3

│CH – OCOR + CH3OH 3R – COOR + CH2 – CH – CH2 │ │ │ │ CH2 – OCOR OH OH OHulei vegetal monoesteri glicerină(gliceridă) (biodiesel)

Procesul de transesterificare, atât al uleiurilor vegetale cât şi al uleiurilor uzate şi grăsimilor animale, se realizează şi în prezenţa hidroxidului de sodiu sau de potasiu.

Schema realizării acestui proces este prezentată în figura 3:

Fig.5. Schema de transesterificare a diferitelor materii prime

Biocombustibilul se poate obţine din orice tip de ulei vegetal, cum ar fi: uleiul de soia, rapiţă, floarea soarelui, palmier, ricin, etc. El se mai poate obţine şi din ulei folosit şi din grăsimi animale. Uleiul de rapiţă domină industria de producere a biodieselului în Europa. În SUA biodieselul este făcut din uleiul de soia deoarece aici el este produs mai mult decât celelalte surse de grăsimi şi uleiuri combinate [18].

În tabelul următor se prezintă unele proprietăţi ale biodieselului obţinut din diferite materii prime :

12

Tabelul nr.1Caracteristicile Biodieselului obţinut din două materii prime diferite

ProprietateaMaterie primă:

rapiţăMaterie primă:

soiaMasa molară, kg/kmol 300 310% Carbon 77-81 78% Hidrogen 12 11-12% Oxigen 9-11 10-11Raport C/H 0,15 0,14Densitate, 15°C, cSt 0,88 0,87Temperatura de fierbere,°C 330-350 -C.C. 51-58 46-67Stoechiometria aer/combust. 12,3 12,6Putere calorică inf. MJ/kg 37-38 32Temperatură de inflamabilitate, °C 91-179 110-174Presiunea de vapori (38°C) <1 <1Sulf, ppm <10 <10Apă, ppm <200 -

Biodieselul produce compresia – aprinderea în motoare. Amestecuri de până la 20% biodiesel (amestecat cu combustibili petrolieri diesel) pot fi folosite în aproape toate echipamentele cu motoare de acest tip şi sunt comparabile cu cele mai multe echipamente de depozitare şi distribuţie. Aceste nivele de amestecuri (20% şi mai puţin), în general, nu necesită nici un fel de modificări ale motoarelor [17].

Amestecuri mai mari, chiar biodiesel pur (100% biodiesel sau B100) pot fi folosite în multe motoare construite din 1994 cu sau fără modificări. Totuşi, transportul şi depozitarea cer o exploatare specială.

Utilizarea biodieselului într-un motor diesel obişnuit reduce substanţial emisiile de hidrocarburi nearse, de monoxid de carbon, de sulfaţi, de hidrocarburi aromatice policiclice, de hidrocarburi aromatice nitrate policiclice şi de particule speciale. Aceste reduceri sunt cu atât mai pronunţate cu cât creşte cantitatea de biodisel în amestecul motorină – biodiesel. Cele mai bune reduceri ale emisilor sunt observate cu B100 .

Tabelul nr.2 Modificări ale emisiilor eşapate utilizând biodieselEmisie B100 B20

CO -47% -12%Hidrocarburi -67% -20%Particule -48% -12%NOx +10% +2/Toxine în aer -60% ÷ -90% -12% ÷ -20%Efect mutagenic -80% ÷ -90% -20%

Folosirea biodieselului diminuează particulele de carbon solid pentru că oxigenul din biodiesel permite arderea mai completă la CO2 şi reduce fracţia de sulfat în timp ce fracţia solubilă sau hidrocarburi, rămâne la fel. De aceea, biodieselul funcţionează bine cu noi tehnologii cum ar fi cele care folosesc şi catalizatori de oxidare diesel (care reduc fracţia solubilă de particulă diesel, dar nu şi fracţia solidă de carbon).

13

Datorita avantajelor pe care le prezinta ,biocombustibilii se folosesc in proportii din ce in ce mai mari pe piata europeana,asa cum este prezentat in anexa de mai jos:Tabelul nr. 3 Progresul inregistrat in utilizarea biocombustibililor in statele membre, 2003 - 2005

Biodieselul are un nivel scăzut al emisiilor, ceea ce îl indică drept combustibil ideal în zone marine, păduri, rezervaţii naturale şi în oraşele intens poluate. Prin ciclul de producere şi utilizare a biodiesel se emit cu 80% mai puţin CO2 şi cu aproximativ 100% mai puţin SOx. Prin arderea biodieselului singur, se reduce cu 90% nivelul total al hidrocarburilor nearse şi cu 75 – 90% cel al hidrocarburilor aromatice. Scade de asemeni nivelul de particule materiale emise în atmosferă. Singurul agent poluant emis rămâne NOx, a cărui concentraţie poate fi mai mare sau mai mică, în funcţie de natura motorului şi de metoda de testare. De asemenea, prin utilizarea acestui tip de carburant se reduce cu 90% riscul de cancer.

14

Prin utilizarea biodiesel se reduce considerabil nivelul emisiei de PAH, compuşi identificaţi drept potenţiali generatori de cancer. Conform ultimelor teste, concentraţia de PAH poate fi redusă cu până la 75-85%, cu excepţia benzoantracenului, care a fost redus doar cu 50%. Şi compuşi PAH nitraţi au suferit o reducere severă a concentraţiei, 2 – nitrofluorena şi 1-nitropirenul fiind diminuate cu 90%, iar restul PAH nitrat găsindu-se doar la nivel de urme. Toate aceste efecte se reflectă în scăderea riscului de sănătate al populaţiei .

Biodieselul este singurul combustibil căruia i s-a facut o evaluare completă a emisiilor rezultate în urma arderii. Comparându-se cu emisiile rezultate în urma arderii unui combustibil clasic, s-a observat că majoritatea noxelor eşapate scad.

Utilizarea biodiesel poate prelungi viaţa motorului, deoarece are lubricitate mai bună decât motorina clasică, iar consumul de carburant şi puterea dezvoltată de motor rămân relativ neafectate de utilizarea acestui carburant .

Conţinutul de energie al biodieselului pur este uşor mai scăzut decât acela pentru combustibilul diesel, dar testele limitate din trafic au arătat că nu este nici o pierdere semnificativă a performanţelor .

Din punct de vedere al costurilor prin comparaţie cu alte forme alternative şi cu sistemele în care acestea se utilizează, biodiesel s-a dovedit a fi varianta cea mai puţin costisitoare. Utilizarea biodiesel nu necesită modificări majore ale motorului. Acestea înseamnă că operatorii îşi pot menţine şi pot folosi aceleaşi rezervoare, aceleaşi sisteme de alimentare; singurul lucru care se schimbă este calitatea aerului. Preţul biodieselului, în USA, a scăzut de la 3,5$ în 1997 la 1,5$ în prezent.

În figura 6 se prezintă variaţia în timp a preţului şi vânzării biodieselului:

Fig. 6 Variaţia în timp a preţului şi vânzării biodieseluluiBiodieselul pur are proprietăţi lubrifiante bune şi nu conţine în mod esenţial

sulf sau aromatice. Totuşi, are un punct de congelare relativ ridicat (tabelul 2.1.2), ceea ce poate limita folosirea sa pe timp rece, conţinutul de sulf este foarte scăzut (biodieselul conţine mai puţin de 24 ppm sulf). Biodieselul se poate transporta mai

15

uşor deoarece are punct de inflamabilitate mult mai mare decât combustibilul diesel obişnuit astfel, în cazul unui accident el nu explodează.

Biodieselul se degradează de 4 ori mai repede decât motorina. În 28 de zile, biodieselul pur se degradează în proporţie de 85 –88% în apă. Viteza de degradare este asemănătoare cu cea a dextrozei , utilizată ca etalon în testarea biodegradabilităţii zahărului. Prin amestecarea biodiesel cu produse petroliere se accelerează biodegradabilitatea acestora. De exemplu, un amestec de 20% biodiesel şi 80% motorină se degradează de două ori mai repede faţă de motorina singură.

În tabelul următor sunt prezentate unele proprietăţi ale motorinei diesel comparativ cu cele ale biodieselului.

Tabelul nr.4 Proprietăţile motorinei şi biodieselului

ProprietateMotorină diesel Biodiesel

Standardul ASTM D 975 ASTM PS 121

Compoziţie Hidrocarburi C10 – C21Esteri acizi graşi,

C12–C22

Vâscozitate la 40°C, cST 1,3 – 4,1 1,9 – 6,0Densitate 15°C, g/cm3 0,85 0,88Carbon, % masă 87 77Hidrogen, % masă 13 12Oxigen, % masă 0 11Sulf, % masă 0,05 max 0,0 – 0,024Limite de distilare, °C 188 – 343 182 – 338Punct de inflamabilitate,°C 60 – 80 100 – 170Cifra cetanică 40 – 55 48 – 65

Din punct de vedere al stabilităţii şi reactivităţii biodieselul este stabil, nu dă reacţii de polimerizare în masa de lichid. Este de preferat să se evite contactul cu agenţi de oxidare puternici. Temperatura de inflamabilitate a biodiesel este de aproximativ 150°C, mult peste cea a motorinei clasice, 52°C. pentru amestecurile de motorine cu biodiesel s-a constatat că temperatura de inflamabilitate creşte pe măsură ce creşte şi conţinutul de biodiesel în amestec.

Utilizarea biodieselului. Biodieselul poate fi utilizat ca atare sau în amestec cu Diesel 2 (motorina) sau Diesel 1 (petrolul).

În ce priveşte utilizarea la temperaturi reduse, acestea pot determina congelarea combustibilului. Folosirea unui amestec cu 20% biodiesel determină o scădere a proprietăţilor de utilizare la rece – temperatura de filtrabilitate, punctul de rouă, punctul de congelare cu 3-5 °C. Dar în cele mai multe cazuri acesta nu este un inconvenient real, B20 fiind utilizat la temperaturi de –30°C fără probleme. Totuşi, pentru a elimina orice posibil neajuns, soluţia este aceeaşi ca şi în cazul motorinelor – utilizarea depresanţilor de temperatură de congelare, utilizarea unor filtre cu sisteme de încălzire, parcarea vehiculelor lângă sau în clădiri.

Cel mai folosit şi mai avantajos amestec este 20 – 80, adică 20% biodiesel şi 80% motorină diesel, cunoscut sub denumirea de B20 .

16

Avantajele utilizării B20 sunt: reduce impactul costului ridicat al biodieselului pur; asigură o creştere mică, controlată (1 – 4%) a emisiilor de tip NOx; asigură reducerea cantităţii de funingine, patricule, hidrocarburi, CO şi

CO2 cu mai mult de 10% faţă de motorina diesel; reduce frecvenţa fenimenelor de înfundare a filtrelor şi de formare a

depozitelor rezultate prin interacţiuna între biodiesel şi slamul format în motoarele diesel;

prin adaosul de B20 se poate controla cu ajutorul aditivilor antidepresanţi creşterea punctelor de tulburare şi de congelare datorată amestecării motorinelor diesel cu biodieselul;

adaosul de B20 nu crează probleme deosebite legate de compatibilitatea biodieselului cu materialele din care se construiesc anumite piese ale motoarelor (membrane şi furtune de cauciuc, garnituri, etc.);

B20 reprezintă un „optim” al biodieselului privind costul, emisiile,comportarea la temperaturi scăzute, compatibilitatea materialelor şi problemele de dizolvare.

Armata utilizează biodiesel ca atare sau în amestec cu JP 8. Proporţii mari de biodiesel se întâlnesc în echipamentele miniere, marina comercială, vasele marine datorită netoxicităţii şi biodegradabilităţii sale .

Este important să se asigure o calitate corespunzătoare pentru combustibilul biodiesel pentru a evita apariţia ulterioară a unor probleme în funcţionarea motorului. S-a observat că utilizarea combustibililor clasici determină apariţia în timp a unor depuneri pe pereţii rezervorului, ai sistemului de alimentare şi de distribuţie. Prin utilizarea biodieselului, având în vedere proprietăţile sale foarte bune de solventare, aceste sedimente se vor dizolva, ceea ce poate implica necesitatea schimbării filtrelor la primele utilizări de biodiesel. Totodată este posibil ca biodiesel să degradeze uşor, în timp, unele tipuri de elastomeri şi de compuşi ai cauciucului natural din care sunt confecţionate diferite garnituri sau părţi componente ale mortorului. Din acest motiv se recomandă ca aceste piese să nu vină în contact direct cu biodiesel pur .

Biodieselul este sigur din punct de vedere al manipulării, transportului şi depozitării, fiind biodegradabil ca şi zahărul şi de 10 ori mai puţin toxic decât sarea de masă. Pentru depozitare pot fi utilizate aceleaşi rezervoare care erau utilizate şi pentru carburanţii clasici, iar manipularea se face păstrând aceleaşi proceduri ca şi în cazul combustibililor petrolieri. Mediul de depozitare trebuie să fie curat, uscat, întunecat. Materialele acceptabile pentru confecţionarea tancurilor include aluminiul, oţelul, fluorpolietilena, fluorpolipropilena, teflonul. Trebuie evitate cuprul, plumbul, staniul, zincul, alama.

În urma studiilor şi testelor efectuate de-a lungul anilor s-a dovedit ca biodiesel este singurul combustibil cu o comportare corespunzătoare într-o gamă largă de condiţii.

Avand in vedere ca Biodiesel-ul este legat de producerea uleiurilor vegetale si deci este re-inoibil la preturi de productie reduse, comparative cu preturile de producere a produselor petroliere, este clar ca acest combustibil devine din ce in ce mai atractiv. Este, de asemenea, foarte clar si ca Biodiesel-ul va utiliza toate

17

surplusurile domestice vegetale sau animale, ceea ce confera o mare securitate din punct de vedere energetic. Deoarece Biodiesel-ul poate fi fabricat pe cale industrial a folosind capacitatile industriale existente, acesta devine o foarte importanta problema legata de securitatea energetica a unei tari.

Daca avem in vedere costurile petrolului importat si deci dependenta energetica de piata mondiala a petrolului, este evident ca importanta combustibililor re-innoibili de tipul biodieselului creste exponential, mai ales pentru domeniul securitatii nafionale militare. De asemenea, Biodiesel-ul va aduce beneficii importante pe piata muncii, stiut fiind ca de exemplu in S.U.A. la fie care miliard de dolari cheltuit pentru importul de petrol se pierd 10000-25000 de locuri de munca.

De asemenea, Biodiesel-ul aduce beneficii semnificative din punct de vedere microeconomic, atat in sectorul urban, cat si in cel rural. Departamentul Agriculturii din Statele Unite a demonstrat ca o crestere a cererii medii anuale echivalente a 200 milioane de galoane de biodiesel bazat pe uleiul de soia, va insernna o productie cumulata pana in 2010 de 5,2 miliarde de dolari, ceea ce insearnna o crestere neta a productiei in ferme de circa 300 milioane de dolari pe an. Pretul fasolii soia ar putea creste cu o medie de 17 centi anual pe o perioada de 10 ani, datorita crsterii cererii de Biodiesel.

ToxicitateaBiodiesel-ul pur nu este toxic. Doza letala LD 50, este mai mare de 17,4 g/kg

corp omenesc. Prin comparatie de exemplu sarea de bucatarie este de 10 ori mai toxica decat Biodiesel-ul pur.

lritarea pielii umane Aplicarea timp de 24 de ore unei comprese cu Biodiesel pur a produs o iritare

usoara. Iritarea pielii a fost mai mica decat cea produsa de o solutie apoasa de 4% sapun.

BiodegrabilitateaBiodiesel-ul este de 4 ori mai biodegradabil decat combustibilul diesel

petrolier. In timp de 28 de zile biodieselul pur s-a degradat in procent de 85 - 88% in apa. De exemplu dextroza - care este folosita pentru comparare - se degradeaza in aceeasi rata.

Punctul de inflamabilitatePunctul de infLamabilitate al unui combustibil este definit ca fiind temperatura

la care acesta se aprinde atunci cand este expus unei scantei sau unei flame. Punctul de inflamabilitate al Biodiesel-ului este peste 300 0F (1300C), in timp ce al unui combustibil diesel petrolier este de 125 0F. Testarile au aratat ca punctul de inflamabilitate al amestecurilor biodiesel creste cu cresterea procentajului de biocombustibil diesel. De aceea, Biodiesel-ul pur si amestecurile Biodiesel cu motorina sunt mai sigure din punct de vedere al stocarii, manevrarii si utilizarii decat combustibilii diesel conventionali.

18

4. BIOGAZUL

Formarea de gaze combustibile, prin descompunerea substantelor organice in medii cu umiditate ridicata lipsite de oxigen molecular, este un proces care se produce in mod natural pe Terra.

Biogazul este un amestec de gaze combustibile, care se formeaza prin descompunerea substantelor organice in mediu umed si fara oxigen, rezultand un amestec de gaze in care componentul de baza a biogazului este metanul.

Primele explicatii stiintifice privitoare la geneza gazelor combustibile apar spre sfarsitul secolului al XVII-lea, perioada in care se naste atat chimia moderna cat si una din ramurile ei de baza - chimia gazelor.

Volta este acela care a extras pentru prima data hidrocarbura metan din gazele colectate din mlastini.

Procesul de formarea biogazului consta in fermentarea anaeroba a celulozei care are loc la temperaturi cuprinse intre 20 - 45°C (temperaturi mezofile)in prezenta a doua specii de bacterii:

Bacilus cellulosae methanicus, responsabil de formarea metanului Bacilus cellulosae hidrogenicus, responsabil de formarea hidrogenului.Ulterior aceste doua specii au fost reunite sub denumirea comuna de

methano-bacterium sau Methanobacterium omelianski . Ca materie prima la formarea biogazului serveste biomasa reprezentata

prin materiale vegetale rezidualeMateria organica moarta inmagazineaza energie solara convertita in energie

chimica, in componentele fotosintetizate de plantele din care a provenit si o cantitate apreciabila din aceasta energia este stocata in celuloza.

Celuloza este principala componenta a materiei organice din care rezulta metan prin bioconversie.

Continutul in celuloza, raportat la substanta uscata, este de 35-50% in produsele secundare din agricultura.

Cantitati mai mari de celuloza se gasesc in gunoaiele provenite de la animalele crescute pe asternut.

Alte surse de biomasa, care pot fi convertite in biogaz, sunt reprezentate de biomasele foarte hidratatein care sunt incluse plantele acvatice si algele care au un continut in apa 95%.

Figura 9: Surse si utilizari ale biogazului

19

Caracteristic pentru culturile energetice foarte hidratate este capacitatea extrem de mare de a-si multiplica biomasa, intr-un timp relativ scurt, ceea ce creeaza o disponibilitate de materie organica ce poate fi folosita in filiera de metanizare.

Dintre plantele acvatice, cea mai cunoscuta este zambila de apa (Eichhornia crassipes). Ea creste spontan in lacurile din tinuturile tropicale din Africa si America de Sud.

Alte asemenea plante sunt: pistia, azola, iarba de mare, alga bruna si laminaria, care creste aproape 50 cm pe zi.

Procedee principale de recuperare a energiei din reziduurile organice agricole:

1. fermentarea anaeroba la temperatura mediului ambiant, 2. fermentarea anaeroba la temperatura ridicate, 3. descompunerea anaeroba termofila, 4. distilarea destructiva, 5. compostarea, 6. incinerarea 7. transferul de caldura

Dintre aceste procedee, fermentarea anaeroba prezinta potentialul cel mai ridicat de recuperare a energiei.

Prin fermentare anaeroba , microorganismele descompun materia organica, eliberand o serie de metaboliti continand in principal bioxid de carbon si metan constituie biogazul care este folosit drept combustibil fie direct, fie este purificat in vederea separarii metanului.

Cel mai ridicat potential il are procesul de fermentare anaeroba la temperaturi in jur de 40°C.

Prin fermentarea anaeroba microorganismele descompun materia organica, eliberand o serie de metaboliti, in principal bioxid de carbon si metan

Din materia organice sufera procesul de conversie in biogaz: celulozele hemicelulozele grasimile

Fermentarea anaeroba, folosita pentru producerea si captarea biogazului, este un proces dirijat de descompunere a materiei organice in mediu umed in conditii controlate de temperatura si presiune si in absenta oxigenului molecular si a luminii.

In aceasta faza actioneaza microorganisme fermentative nespecializate, cu capacitate de producere de acizi organici. Ele sunt bacterii celulozice, lactice, acetice, sulfat-reducatoare si denitrificatoare, etc. precum si numeroase specii de ciuperci si unele drojdii.

In faza metanogena actioneaza bacteriile metanogene, anaerobe, specializate in producerea de metanrezultand un biogaz care contine metan, bioxid de carbon si urme de hidrogen, hidrogen sulfurat, mercaptani vapori de apa, amoniac, azot, indol si scatol.

Hidrogenul si bioxidul de carbon reprezinta un substrat caracteristic pentru metanogeneza fiind utilizati de catre metanobacteriilor ca substrat de reactie.

Metanul se formeaza prin reducerea bioxidului de carbon si oxidarea hidrogenului gazos (H+) de catre metanobacteriile care folosesc hidrogenul:

CO2 + 4H2O CH4 + 2H 2O + energie

Bacteriile metanogene sunt foarte variate in privinta insusirilor morfologice, dar unitare din punct de vedere biochimic si fiziologic. Sunt singurele microorganisme care au o respiratie strict anaeroba si capacitatea de a produce metan prin procese metabolice.

20

Ca forme de viata dintre cele mai vechi de pe Terra, bacteriile matanogene au fost incluse in regnul Archaebacteria.

Metanul este componenta care confera valoare energetica biogazului. In dependenta de materia prima, cantitatea de metan in biogaz este de

35-80%. Cantitatea maxima de metan se obtine la fermentarea resturilor

animaliere, in special de la complexele avicole. Bigazul necesita a fi prelucrat pana la utilizare.De obicei este trecut prin separatoare speciale, unde metanul este separat de restul gazelor. Utilizarea biogazului brut (preseparat) poate duce la intoxicare, deoarece in restul gazelor se poate contine gaze toxice.Stocarea biogazului, chiar pentru intervale mici de timp, face parte din

instalatia de fermentare anaeroba. Intrucat metanul nu se lichefiaza la temperatura ambianta, indiferent de

presiunea folosita, el se pastreaza la presiuni joase in containere cu volum mare sau la presiuni ridicate volume mici.

De exemplu o butelie de 0,1 ml contine la presiunea de 200 bari 28 ml biogaz, cu care un tractor greu poate functiona 8 ore.

O statie de biogaz mare, industriala este formata din:

1. statie de pompare a apei reziduale2. decantor gravitational3. Ingrasator de namol4. statie de distributie a namolului5. reactor de fermentatie anaeroba dotat cu un clopot metalic pentru

captarea biogazului.

5. BIOETANOLUL

Conform HG 1844/2005 privind promovarea utilizarii biocarburantilor si a altor carburanti regnerabili pentru transport, bioetenolul este definit ca fiind etanol produs din biomasă şi/sau fracţia biodegradabilă a deşeurilor, în vederea utilizării ca biocarburant.

Etanolul este un combustibil alternativ produs prin fermentarea si distilarea cerealelor care au fost transformate în zaharurile simple. Bioetanolul se poate obtine si din biomasa celulozica- copaci si ierburi. Etanolul este utilizat pentru cresterea cifrei octanice si imbunatatirea calitatii benzinei.

Fig. 7 Evolutia productiei de etanol si biodiesel

21

Producţia mondială de de bioetanol s-a dublat între 2000 şi 2005, în timp ce producţia de biodiesel s-a mărit de patru ori (vezi figurile 1 şi 2 de mai sus). Doar in 2005 producţia de bioetanol a crescut cu 19% iar producţia de biodiesel a crescut cu 60%. In total, biocombustibilii oferă acum 1% din combustibilii lichizi pentru transport.

Fig. 8 Principalii producatori de etanol si biodiesel

TABLE 1. Top five fuel ethanol producers in the world (milion litres)

Brazil 16500

United States 16230

China 2000

European Union 950

India 300

Source: Cristoph Berg

TABLE 1. Top five biodiesel producers in the world (milion litres)

Germany 1920

France 511

United States 290

Italy 227

Austria 83

Source: F.O. Licht

22

Brazilia şi Statele Unite realizează 90% din producţia mondială de de bioetanol, mulţumită politicilor de guvernare. In Brazilia, bioetanolul se obţine din trestia de zahăr si detine 40% din piaţa combustibililor uşori ajutand la reducerea depententei ţarii de ţiţeiul importat. Pe piaţa Statelor Unite, bioetanolul se obţine în principal din porumb. In Uniunea Europeana - Germania în special domina producţia si utilizarea de biodiesel. In jur de 20% din recolta de rapita este utilizata pentru productia de biodiesel.

Cantitatea de biodiesel produsa in Europa a atins anul trecut peste 4 milioane de tone, fata de 3 milioane de tone in anul anterior, conform secretarului general al European Diesel Board, dar cantitatea se situeaza sub nivelul prognozat de 6,07 milioane tone.

Fig. 9 Rafinarie de etanol in Brazilia

In Statele Unite, pretul bioetanolului din porumb este comparativ cu cel al benzinei, in timp ce in Brazilia bioetanolul din trestie de zahăr este mult mai ieftin decăt benzina.

23

Fig. 11 Metodele de prelucrare a bioetanolului

Hidroliza (metoda biochimica) se bazeaza pe enzime care pot transforma celuloza si lignoceluloza in zahar si apoi in etanol.

Gazeificarea (in special sinteza Fischer-Tropsch) utilizeaza temperaturi inalte, nivele controlate de oxigen si catalizatori chimici pentru a transforma biomasa in combustibili lichizi, inclusiv diesel si dimetileter (DME). Aceasta metoda necesita instalatii de dimensiuni mari si investitii mari de capital.

Una din marile promisiuni ale biocombustibililor este potentialul lor de a oferi o alternativa sustenabila la combustibilii petrolieri in ceea ce priveste mediul. Amestecul biocombustibilor cu combustibilii petrolieri duce la reducerea emisiilor de sulf, particule materiale si monoxid de carbon. Biocombustibilii au capacitatea de a reduce poluarea dar ei pot accentua alte probleme de mediu daca nu sunt folositi cu grija.

Etanolul se poate produce si prin procedee biochimice de conversie a deşeurilor organice la fabricarea etanolului.

Etapele procesului de fabricare a etanolului din materiale lignocelulozice. Pretratamentul: Hidroliza acidă. Hidroliza în solvenţi organici (acetonă) acidifiaţi – procedeul ACOS. Hidroliza enzimatică.

Zaharificarea şi fermentarea simultană. Fermentarea propriu-zisă. Distilarea. Procedee Industriale:

Procedeul IOGEN. Procedeul ARKENOL. Procedeul NREL. Procedeul BCI. Procedeul ACOS.[6]

Orice masina poate functiona daca in benzina se adauga un procent mic de etanol. Insa pentru ca raportul benzina/etanol sa fie viabil economic, motoarele clasice trebuie sa sufere modificari importante.

24

Numarul acestor automobile este tot mai mare, in conditiile in care cei trei grei ai industriei auto din Statele Unite si-au luat angajamentul ca pana in 2012 jumatate din numarul total de vehicule comercializate sa fie dotate cu astfel de motoare hibrid care vor functiona cu un combustibil format din 15% benzina si 85% etanol.

Conform asociatiei „Renewable Fuels”, la nivelul Statelor Unite productia de etanol s-a dublat in ultimii trei ani, ajungand la aproape 5 miliarde de galoane in 2006 (1 galon= 3.8 litri). In acest moment, in America exista 113 fabrici de etanol si alte 78 se afla in stadiul de constructie.

Este de asteptat ca in urmatorii doi ani sa se inregistreze, din nou, o dublare a cantitatilor produse.

Dezbateri internationale privind beneficiile ecologice ale etanoluluiPotrivit specialistilor citati de AP, beneficiile mediului in urma dezvoltarii

consumului de etanol sunt limitate. Astfel, intreg procesul de producere de la insamantare porumbului la distilarea lui efectiva si obtinere etanolului este cu foarte putin mai ecologic decat productia benzinei.

Cresterea porumbului la un nivel atat de intens are nevoie de ajutorul pesticidelor si fertilizatorilor care produc pagube imense solului si apei.

Se apreciaza ca beneficiile economice rezultate in urma consumului de etanol sunt mari, numai in urma subventiilor acordate producatorilor.

Mai mult, productia de etanol ar fi convenabila atata timp cat pretul porumbului va ramane la un nivel redus, aceasta conditia incepand sa nu mai fie indeplinita.

Astfel, in doar un an, pretul porumbului pe piata americana s-a dublat, sustine AP, de la 2 dolari pe un volum de 35 de litri de porumb la patru dolari, motivul principal fiind cererea foarte mare.

Raul provocat de cererea mare de porumb destinat fabricarii etanolului ar putea merge pana la periclitarea sigurantei alimentare a Statelor Unite, fara a mai lua in calcul si restul lumii.

Consumatorii americani vor simti efectele nefaste ale pretului mare al porumbului in foarte scurt timp. Exista in acest moment sute de produse alimentare care au ca baza porumbul sau derivati ai acestuia.

De la celebrele corn flakes la chispsuri, indulcitorii din bauturile racoritoare, produsele de panificatie si chiar whisky-ul.

Mai mult, jumatate din productia totala de porumb este folosita pentru hrana animalelor, fiind astfel de asteptat ca preturile la carne sa creasca foarte mult. Acest scenariu apocaliptic a fost prezentat de Associated Press intr-un material de sinteza.

6. HIDROGENUL - COMBUSTIBILUL VIITORULUI

25

Un viitor mare in producerea de energie neconventionala apartine hidrogenului. Hidrogenul prin ardere creaza doar caldura si apa:

2H2 + O2 2H2O + 274 Kcal/mol

Pana nu de mult, hidrogenul a fost folosit numai pentru scopuri industriale. De curand, dupa punerea la punct a unor metode ieftine de obtinere a lui, poate fi folosit pentru obtinerea de energie electrica si termica. Metoda cea mai ecologica este aceea prin reformarea cu aburi a metanolului sau etanolului.

Reactia de obtinere a hidrogenului folosind simultan oxidarea partiala si reformarea cu abur a metanolului este urmatoarea:

CH3OH + + H2O(vapori) CO2 +2H2

Hidrogenul este purificat si apoi poate fi trimis in arzatoarele centralelor electrice sau la consumatorul casnic.

In fine, o alta metoda de obtinere a hidrogenului este cea biotehnologica. Este cea mai ieftina, dar inca neimplementata in productie. Ea se bazeaza pe transformarea genetica a bacteriilor si cianobacteriilor care produc care produc H2 si care ar putea fi modificate genetic in vederea obtinerii unor cantitati mai mari de hidrogeN.

7. CONCLUZII

26

Biocombustibilii sunt o cale de a transforma energia solara in lichid prin procesul de fotosinteza. Una din cele mai mari preocupari ridicate de ei il reprezinta bilantul energetic net al lor – adica daca productia de combustibili necesita mai multa energie de intrare (in special energie fosila, sub forma de ingrasaminte, combustibili pentru tractor, energie de prelucrare, etc.) decat este in final continuta in biocombustili. Dezvoltarea tehnologica a imbunatatit randamentul de productie obtinandu-se pentru toti biocombustibilii un bilant energetic pozitiv (vezi tabelul de mai jos).

Fig. 12 Bilanturile energetice pentru diferiti combustibili

Biocombustibilii singuri nu pot rezolva problema energetica mondiala. Ei trebuie priviti intr-un context al tranzitiei catre un sector global mai putin poluant. Unul din riscurile biocombustibilor il reprezinta faptul ca recoltele energetice sa fie crescute pe soluri fragile din punct de vedere ecologic, accelerand eroziunea solurilor si epuizarea acviferelor. In plus, recoltele energetice pot distruge unele din ecosistemele tropicale mondiale ramase, care cuprind vaste comori ale biodiversitatii. Monoculturile au impact ecologic sever asupra utilizarii solului si apei si trebuie tratate cu mare atenţie.

In Europa pachetul de masuri in domeniul energiei, publicat de Comisia Europeana la data de 10 ianuarie 2007 propune, printre altele, atingerea pâna in anul 2012, a unei ţinte minime obligatorii de 10% pentru biocarburanti din consumul total de benzina si de motorina pentru transport la nivelul Uniunii Europene.

Potrivit directivelor Uniunii Europene, Romania este obligata ca de la 1 iulie 2007 motorina sa includa cel putin 2% biodiesel, urmând ca până in 2010 acest indice sa urce pana la 5-6%. Astfel, pretul pentru un litru de combustibil ecologic s-ar putea plasa la 40-50 de eurocenti.

1. Potentialul de alterare a stratului de ozon prin formarea "smogului" este mai mic in cazul biocombustibililor diesel (B100 si B 20) decat in cazul combusribilului diesel conventional, cu cca. 50%, prin scaderea nitratilor si

27

hidrocarburilor aromatice policiclice. 2. Emisiile de sulfuri sunt eliminate complet prin utilizarea B100. Emisiile

poluante din gazele de evacuare nu mai contin oxizi sulfurici si nici sulfati (componente importante ale ploilor acide), deoarece in structura moleculara nu se mai gaseste sulful, in cazul B 100 comparariv cu motorina.

3. Criteriile de apreciere a emisiilor poluante pun in evidenta reducerea puternica a acestora in raport cu combustibilul diesel conventional.

4. Biocombustibilul diesel reduce riscurile de imbolnavire asociate motorinei. Emisiile produse de biodiesel pun in evidenta reducerea HCAP si a nitritilor - nHCAP, raspunzatori de producerea cancerului. Cercetarile recente au condus la reducerea cu 75 - 85%, cu exceptia benzo(a)antracene-lor care s-au redus cu cca. 50%. De asemenea, s-au redus 2-nitrofluorine-le si 1-nitropirene-le s-au redus cu 90%, in timp ce celelalte nHCAP s-au redus la nivelul unor "vagi urme".

Raportul prezentat UNIUNII EUROPENE de catre Agentia Internationala de Energie pune in evidenta:

Scaderea treptata a extractiei de petrol din Marea Nordului, preconizata a se reduce drastic pana la epuizarea rezervelor pana cel mai tarziu in anul 2010;

Cresterea dramatica a cererii de energie din partea tarilor non-OECD; ex. China;

Tarile europene se confrunta deja cu o simtitoare crestere a cererii de combustibili alternativi in sectorul transporturilor, biodiesel-ul fiind unul dintre acestia. Scenariul prezentat la Forumul Comisiei Europene preconizeaza ca pana in

anul 2010, cel putin 12% din piata resurselor energetice va fi ocupata de biocombustibili.

In anul 2000 a luat fiinta THE NATIONAL BIODIESEL BOARD, for a carui imagine si influenta a impus senatului american si Casei Albe recunoasterea Biodiesel-ului drept combustibil ecologic de importanta strategica in dezvoltarea viitoare a politicilor energetice si agrare.

Situatia actuala in Germania. Acciza pe biocombustibili [€-Ct/l]: 

                      2007  2008   2009  2010   2011  2012

Biodiesel:        7,1     13,4    19,7    26,0   32,3    44,9

Ulei vegetal:    0,0      8,15   16,55  24,95  32,3   44,9

In Romania legea spune ca biocombustibili sunt scutiti de acciza pana in anul 2011.

Tabelul 5 Comparatie intre biodiesel si uleiul de rapita

28

Biodiesel Ulei de rapiţăAvantaje Dezavantaje  Avantaje Dezavantaje

mai ieftin cu 10 centi decât motorina*

se găseşte la numeroase staţii de benzina din europa

exista teste îndelungate cu acest combustibil

se poate produce descentralizat in unităţi mai mici

un amestec de pana la 5% biodiesel la motorina, confera acesteia calitati superioare.

maşinile trebuie sa fie redotate cu noi garnituri si furtun de combustibil rezistente la acesta (cca.500€)

după 2 plinuri cu biodiesel este necesar să se facă un plin cu motorină pt. clătirea conductelor si a filtrului

aproape la fel de poluant ca si motorina

sunt necesare autorizaţii pt. producerea de biodiesel

consum mai mare cu 10%

tot mai puţini producători de maşini autorizează folosirea acestui combustibil din fabricaţie** (vezi Bosch)

investitie minima 200.000€

cel putin 1 angajat trebuie sa aiba grija de instalatia de producere

posibila accizare al acestui combustibil (ex. germania)

srotul obtinut are o valoare energetica redusa

nu este profitabil in unitatile de cogenerare

mai ieftin cu 20-30 centi decât motorina*

s-a testat 4 ani pe 111 tractoare in Germania cu un trend de dezv. foarte mare

se poate produce descentralizat  in unităţi mai mici la investiţie mai mică decât pt. biodieselul

nu sunt necesare autorizaţii speciale pt. obţinerea lui

investitie minima cca. 10.000€ pentru cca. 40 tone ulei pe an

numarul statiilor care comercializeaza acest ulei e in crestere

perioada de amortizare redusa

nu e nevoie de angajat in vederea producerii acestui ulei (timp de lucru cca. 20 minute pe zi)

srotul obtinut in unitatile de presare la rece descentralizate are o valoare nutritiva si energetica mare

este profitabil in unitatile de cogenerare

este necesara dotarea maşinilor cu un al doilea rezervor pt. alimentarea cu ulei (cca.1000€ omologat de TÜV sau cca. 500€ fara omologare dar se poate demonta si instala pe alt vehicul)

pornirea si oprirea se face întotdeauna pe motorina (doar când motorul este cald se foloseşte acest combustibil)

posibil consum mai mare cu maximal 5% în funcţie de tipul şi starea tehnică a motorului

Nici un producător de maşini nu autorizează folosirea acestui combustibil**

 *  raportat la preţul actual al motorinei** interesul concernelor minerale, producătorilor de maşini şi a UE de a adăuga un procent de 5% biodiesel motorinei de pe piaţă determină producătorii de biocombustibil să extragă tot uleiul din sămânţa de rapiţă conferindu-i biodieselului rezultat o calitate inferioară, nesemnificativă însă intr-un procent atât de mic în motorină, biodieselul comercializându-se astfel la preţ de motorină

 

Ambii combustibili sunt scutiţi de accize conform noului cod fiscal până in anul 2011.

Ambii combustibili pot fi depozitaţi max. 6 luniImportant este si faptul ca biodieselul se obţine din acelaşi ulei. Calitatea lui

corespunde calităţii uleiului obţinut. Uzura mai mare la motoare, în cazul biodieselului se datorează faptului că acesta

este produs în unităţi mari (centralizate) în care se extrage totul (peste 40% ulei) din sămânţă, inclusiv fosfaţii din coaja de rapiţă. Numai obţinerea în regie proprie a uleiului poate garanta o calitate superioară a acestuia.

In vederea producerii de biodiesel este necesara achiziţia unor substanţe chimice (scumpind litrul de biodiesel cu cca. 15%) care îi conferă uleiului proprietăţi asemănătoare motorinei.

Producând biodiesel intraţi foarte repede în sfera produselor care necesită autorizaţie de producere, depozitare şi valorificare a biodieselului, datorită gradului ridicat de inflamare, ambele nefiind necesare în cazul uleiului vegetal.

Pretul semintelor oleaginoase (al rapitei) se va orienta dupa pretul petroluluiProducatorii de biodiesel trebuie sa comercializeze glicerina si cantitatile imense de

srot convenabil

29

BIBLIOGRAFIE

1. Renewable Energy World, July-August Volume 9 Number 4

2. MEMO/07/5, Bruxelles, 10 ianuarie 2007, Promovarea biocombustibililor ca alternative credibile pentru utilizarea petrolului în transporturi

3. Studiu asupra necesităţii adaptării unor soluţii de transport alternativ,

Drd.ing. Florian Dan, Sef lucrari dr.ing. Carmen Chira

4. Celulele combustibile pe bază de etanol-o soluţie pentru viitorul propulsării

autovehiculelor,Drd. ing. Daniela Mihaela MIHĂILESCU,

prof. dr. doc. ing. Iosif TRIPŞA, CHIMINFORM DATA S.A.

5. http://www.enereco.go.ro

30