Bioetanolul este alcool etil (H3C-CH2OH) produs din fermentarea zaharurilorcontinute in biomas.Materiile prime utilizate n fabricarea bioetanolului sunt :- Materii amidonoase: porumb, gru, triticale,cartof si manioc;- Materii zaharoase: melas rezultat de la procesarea sfeclei, a trestiei de zahr, sorg zaharos i unele fructe;- Materii lignocelulozice: resturi vegetale, deeuri agricole (paie de cereale), lemn, etc.n producia actual, cele mai utilizate materii prime pentru obinerea bioetanoluluisunt cerealele, n special porumbul. Cea mai important surs de obinere a bioetanolului, din punct de vedere cantitativ, o reprezint ns materiile prime lignocelulozice.Bioetanolul este utilizat casi alternativ la folosirea combustibililor clasici cum ar fi benzina. Folosirea bioetanolului implic realizarea unor amestecuri de benzin i bioetanol n diferite proporii, de exemplu: E10 reprezint un amestec de 10% bioetanol i 90% benzin.Pn n prezent se utilizeaz amestecuri de 85% bioetanol i 15% benzin, combustibil denumit E85.Utilizarea n proporie de 100% a bioetanolului la motoarele cu ardere implic modificri constructive ale motoarelor respective. Folosirea bioetanolului drept combustibil are avantaje nete deoarece este un combustibil ecologic, iar cantitatea de dioxid de carbon rezultat n urma arderii e mult mai mic n comparaie cu dioxidul de carbon rezultat din arderea combustibililor fosili.Bioetanolul se poate utiliza n diverse alte domenii ale industriei chimice, spre exemplu: ca solvent sau ca reactiv.

DefinitieConform HG 1844/2005 privind promovarea utilizarii biocarburantilor si a altor carburanti regenerabili pentru transport, bioetanolul este definit ca fiind etanolprodus din biomasa si/sau fractia biodegradabila a deseurilor, in vederea utilizarii cabiocarburant.Este un combustibil ecologic, formula chimica fiind aceeasi cu cea a alcoolului etil.ProprietatiCaracteristicile fizice si chimice ale sale, redate in tabelul 1, se refera la densitatea energetica, la caldura de vaporizare, raportul molecular dintre reactanti si produsii de combustie, energia specifica, limita de imflamabilitate, viteza de transmitere a scantei si temperatura acesteia, la continutul de hidrogen si carbon.

Tabel 1.Caracteristicile fizico - chimice ale bioetanoluluiTehnologii de obtinere a bioetanol de prima generatieMateria prima utilizata pentru producerea bioetanolului de prima generatie se refera in primul rand la sursa de biomasa care, de asemenea, este sursa pentru nutritia oamenilor si animalelor.

Diagrama 1.Culturi energetice utilizate la obtinerea bioetanolului de prima generatieIn diagrama 1 sunt rezumate cateva culturi de prima generatie. Materia prima ce are la baza sucroza provine in principal din trestie de zahar (Saccharum sp.), sfecla de zahar (Beta vulgaris L.), si sorg zaharat (Sorghum sacharatumL.) [13, 17], in timp ce materia prima cu continut bogat in amidon provine din culturile cerealiere precum porumb (Zea mays), grau (Triticum aestivum), orz (Hordeum vulgare), ovaz (Avena sativa), secara (Secale cereale) si culturile amidonoase cartof (Solanum tuberosum), manioc (Manihot esculenta)

Schema 1.Schema fluxului tehnologic pentru obtinerea bioetanoluluiSchema fluxului tehnologic pentru obtinerea bioetanoluluiprin prelucrarea sorgului zaharatDin biomasa de sorg zaharat obtinuta in urma procesului de maruntire se extrage un sirop cu continut ridicat de zaharuri care este supus apoi procesului de fermentatie.

Schema 2.Schema fluxului tehnologic de obtinere a melasei din biomasa de sorg zaharatReziduul sau pulpa (bagasa) ramasa dupa extractia sucului dulce din tulpini contine celuloza in proportie de circa 31-35% si o serie de alte glucide convertibile in bioetanol dupa hidroliza enzimatica cu enzime specifice.Celuloza obtinuta din sorg este de calitate asemanatoare cu cea din lemnul de foioase destinate productiei de celuloza.Sucul de sorg zaharatare compozitia chimica prezentata in tabelul 2.

Tabel 2.Compozitia chimica a melaseide sorg zaharat

Schema 3.Schema fluxului tehnologic de obtinere a bioetanolului din melasa de sorg zaharatProcesarea materiei primeMateria prima sorgul zaharat va fi receptionat, depozitat in silozuri, cantarit, dupa care se va realiza macinarea acestuia cu ajutorul unor masini speciale. Din silozuri materia prima este transportata cu ajutorul unor benzi rulante si unor elevatoare catre punctul unde are loc macinarea ei. In timpul depozitarii se vor asigura conditii de preintampinare a procesului de putrezire, se va asigura o aerisire permanenta, si o temperatura constanta.Atat paniculul cat si tulpinile de sorg zaharatsunt strivite cu ajutorul unor masini constituite din presa cu tavalugi, filtrul grosier cu diametrul porilor de 0.2 0.4 mm, pompa, rezervor intermediar, rezervor de acumulare, presa pentru presarea repetata a bagasei.Pregatirea melasei in vederea fermentatiei cuprinde urmatoarele operatii necesare pentru transformarea melasei intr-un mediu fermentabil:

Schema 4.Etapele pregatirii melasei pentru fermentareMelasa ca atare este foarte vascoasa si are un continut ridicat de zahar. In aceste conditii drojdiile nu pot transforma zaharul in alcool si dioxid de carbon. Pentru a realiza concentratia optima de zahar si pentru a mari fluiditatea melasei aceasta se dilueaza cu apa.Datorita reactiei usor alcaline a melasei este necesara neutralizarea si acidularea acesteia pana la pH-ul de fermentatie de 4.5 5, uneori chiar la un pH mai scazut. De asemenea, este necesara adaugarea de substante nutritive care contin azot, fosfor, magneziu pentru a compensa deficitul substratului in aceste substante.Melasa acidulata si imbogatita in substante nutritive este supusa in continuare operatiei de limpezire, absolut necesara, deoarece suspensiile fine se depun pe membrana celulei de drojdie impiedicand interactia zaharului si a celorlalte substante nutirtive cu celulele.Fermentatia melaseiFermentarea este operatia tehnologica prin care zaharoza din melasa este transformata de catre drojdii in alcool si dioxid de carbon ca produse principale, iar ca produse secundare se obtin aldehide, esteri, alcooli superiori, alcool metilic, glicerina. Concentratia alcoolica a plamezii fermentate variaza in limite largi cuprinse intre 6 si 12% in functie de felul materiei prime si procesul tehnologic aplicat.Fermentarea melasei se realizeaza in vase speciale numite fermentatoare (bioreactoare) prevazute cu agitator cu elice, pompa cu circulatie, serpentine de racire sau un sistem exterior de racire si conducte de captare a dioxidului de carbon.Ca prim pas, se asigura umplerea fermentatorului cu melasa diluata, proportia de 1:4 fiind reglata de dozatoare adecvate. In acelasi timp se pun in functiune regulatoarele de temperatura, pH, de dozare a materialelor auxiliare (factori de crestere, substante nutritive si antispumante).Printre factorii de care depinde calitatea si randamentul de obtinere a bioetanolului, alaturi de calitatea materiei prime, alegerea si respectarea celui mai adecvat proces tehnologic, un rol deosebit il are drojdia utilizata la fermentarea plamezilor.In termenii stoechiometriei reactiei chimice, conversia glucozei la etanol se realizeaza dupa cum urmeaza[20]:

Parametrii importanti monitorizati in timpul fermentatiei sunt: modificarile densitatii celulelor de drojdie, concentratia plamezii, consumul de zahar, pH, temperatura, gradul de spumare si continutul in alcool [16].Distilarea bioetanoluluiAlcoolul etilic si alti componenti volatili din plamada precum aldehide, esteri, alcooli superiori, acizi volatili, se separa din plamada prin operatia de distilare. Distilarea se realizeaza prin incalzirea pana la fierbere a plamezilor fermentate in instalatii speciale, prin care alcoolul etilic si alti componenti volatili trec in faza de vapori si sunt apoi condensati prin racire cu apa. Separarea alcoolului etilic din acest amestec se bazeaza pe diferenta de volatilitate dintre acesta si apa.Pentru a obtine un produs cu un continut ridicat in etanol sunt necesare distilari repetate si odata cu cresterea continutului in alcool al lichidului supus distilarii se realizeaza o concentrare din ce in ce mai redusa pana in momentul in care se ajunge la asa numitul punct azeotropic, din care nu se mai poate realiza in continuare o concentrare prin distilare. Pentru amestec acest punct azeotropic corespunde unei concentratii alcoolice de 97,17%vol.In afara de alcool si apa prin distilarea plamezii fermentate trec in distilat si alte substante volatile continute, cum ar aldehide, esteri, alcooli superiori, acizi volatili, alcool metilic, astfel incat se obtine asa numitul alcool brut, care trebuie purificat in continuare prin operatia de rafinare.Rafinarea bioetanoluluiIn urma distilarii rezulta ca produs intermediar alcoolul brut, care are o concentratie alcoolica de 8085% vol. si contine o serie de impuritati, mai mult sau mai putin volatile, fie provenite din plamada fermentata, fie formate chiar in cursul procesului de distilare. Rafinarea reprezinta operatia de purificare si concentrare a alcoolului brut, in vederea obtinerii unui produs de puritate superioara.Pentru a se realiza o purificare avansata a alcoolului este necesar ca la rafinare sa se aiba in vedere doua aspecte principale: temperaturile de fierbere ale impuritatilor si solubilitatile lor in amestecul de alcool apa.Anhidrizarea bioetanoluluiOperatia de anhidrizare este obligatorie pentru utilizarea bioetanolului ca biocarburant, apa continuta de alcoolul rectificat diminuand performantele in procesul de combustie.Anhidrizarea bioetanolului se poate realiza prin urmatoarele procedee:vDistilare azeotropacu benzen, tricloretilena, dietileter, n pentan;vDistilare extractivacu etilenglicol sau benzina;vPervaporatieprin procedee membranare.UtilizariUtilizarea bioetanolului drept carburant pentru motoarele cu ardere interna nu este o inventie recenta, fiind practicata de aproape un secol si jumatate. Ideea folosirii bioetanolului drept carburant pentru motoarele cu aprindere prin scanteie dateaza din primele decade ale secolului al XIX-lea. In 1860 Nicolaus A. Otto a utilizat etanolul pentru alimentarea prototipului motorului sau, precursorul motoarelor cu aprindere prin scanteie de azi. "Reinventarea" in ultimii ani a bioetanolului ca si carburant s-a datorat necesitatii de gasire a unor surse de energie alternative care sa inlocuiasca treptat resursele minerale.Pentru folosirea bioetanolului in conditii avantajoase s-au intreprins numeroase cercetari, care au condus la elaborarea unor prototipuri de motoare si automobile urmarindu-se comportarea la pornire, in mers, consumul de energie si emisile de gaze de esapament.Exista urmatoarele alternative de utilizare a bioetanolului:aditiv pentru benzine (ETBE)folosirea unor amestecuri de benzina si bioetanol in diferite proportii. Bioetanolul este utilizat pentru cresterea cifrei octanice si imbunatatirea calitatii benzinei. Sunt o varietate de mixturi cu proportii variate de etanol/benzina in care E indica proportia etanolului in mixtura. De exemplu: E10 reprezinta un amestec de 10% bioetanol si 90% benzina. Pana in prezent se utilizeaza amestecuri pana la 85% bioetanol si 15% benzina, combustibil denumit E85. Utilizarea in proportie de 100% a bioetanolului la motoarele cu ardere implica modificari constructive ale motoarelor respective.biocombustibil pentru celulele de combustiein diverse alte domenii ale industriei chimice, spre exemplu ca solvent sau ca reactivAvantajeTrebuie subliniat faptul ca bioetanolul este un combustibil regenerabil si nu este un contributor net la emisiile de gaze cu efect de sera. Acest lucru se datoreaza faptului ca biomasa cultivata pentru bioetanol este capabila sa reabsoarba (prin fotosinteza) dioxidul de carbon produs in timpul arderii bioetanolului .Astfel, principalul avantaj al biocombustibililor este faptul ca sunt neutri din punct de vedere al efectului de sera. Biocombustibilii sunt neutri pentru ca la arderea lor se elibereaza in atmosfera cantitatea echivalenta de bioxid de carbon care a fost fixata fotosintetic de plante cand s-a produs materia prima vegetala din care s-au obtinut biocombustibilii.Se vorbeste despre bioetanol ca despre solutia energetica a viitorului, deoarece constituie o alternativa viabila la combustibilul conventional (benzina). Un alt avantaj este faptul ca are cifra octanica mai mare decat a benzinei, ceea ce se traduce prin ardere mai eficienta si, implicit, emisii toxice mai reduse.In diagrama urmatoare sunt subliniate schematic avantajele utilizarii bioetanolului ca biocombustibil.

Diagrama 2.Argumente pro pentru producerea si utilizarea bioetanoluluiDezavantajeDesi bioetanolul este considerat o alternativa verde, prietenoasa cu mediul, utilizarea lui la o scara din ce in ce mai mare la nivel global poate crea probleme legate de defrisari si siguranta alimentara a populatiei. Astfel, multe din culturile agricole destinate pentru consum sunt convertite in culturi destinate pentru biocombustibil.De asemenea, bioetanolul pur (E100) poate porni autovehiculul mai greu la temperaturi scazute, de aceea cel mai raspandit bioetanol se gaseste in amestec (etanol+benzina in diferite proportii).In diagrama urmatoare sunt subliniate schematic dezavanatjele utilizarii bioetanolului ca biocombustibil.

Diagrama 3.Argumente contrapentru producerea si utilizarea bioetanolului