Doc Biocombustibili

18
 TEMA BIOCOMBUSTIBILI STUDENT: PROFESOR: RADU AUREL S.L. DR. ING. MARINESCU DANUT I.T.T. 4.1.2

description

BiocombustibiliReprezentari graficeLocalizari

Transcript of Doc Biocombustibili

TEMABIOCOMBUSTIBILI

STUDENT: PROFESOR:RADU AUREL S.L. DR. ING. MARINESCU DANUTI.T.T. 4.1.2

BIOCOMBUSTIBILI

Biocombustibilii sunt combustibili pentru transport sub form lichid sau gazoas, produi din biomas. Biomasa este partea biodegradabil din produse, deeuri i reziduuri din agricultur (inclusiv substane vegetale i animale), sectorul forestier i industria aferent i parte din deeurile industriale i municipale; Conform reglementarilor existente numai produsele prezentate mai jos pot fi considerate ca biocombustibili: (a)bioetanolul: etanol produs prin fermentaie din biomas i/sau din partea biodegradabil 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 partea biodegradabil a deeurilor care poate fi purificat la calitatea gazului (natural) pur, (d)biometanol: metanol produs prin fermentaie din biomas i/sau din partea biodegradabil a deeurilor; (e)biodimetileter: dimetilester produs din biomas, (f)bio-ETBE (etil-tero-butil-ester): ETBE este produs pe baz de bioetanol. Procentul n volum de bio-ETBE socotit ca biocombustibil este de 47%; (g)bio-MTBE (metil-tero-butil-eter): un combustibil pe baz de 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 din biomas; (i)biohidrogen: hidrogen extras din biomas i/sau din partea biodegradabil a deeurilor, pentru a fi folosit ca biocombustibil (j) ulei vegetal crud; ulei vegetal produs din culturile oleaginoase, prin presare, extracie sau proceduri comparabile, brut sau rafinat, dar nemodificat chimic, atunci cnd este compatibil cu motoarele la care este folosit i cnd este conform cerinelor normelor privind noxele. Sistemul cel mai utilizat pentru propulsarea mijloacelor de transport este motorul cu ardere intern. Motoarele cu ardere intern cu piston sunt cele mai folosite pentru mijloacele de transport terestre i utilizeaz n prezent drept carburant hidrocarburile petroliere. n funcie de tipul motorului carburanii sunt: benzina pentru motoarele cu aprindere prin scnteie (Otto), respectiv motorina pentru motoarele cu aprindere prin compresie (Diesel). Un dezavantaj major al motoarelor cu ardere intern este dependena acestora de resursele limitate de hidrocarburi. Studiile efectuate n acest domeniu au demonstrat c, o dat cu dezvoltarea transportului auto bazat pe motoarele cu ardere intern, a crescut i necesitatea producerii unei cantiti mai mari de carburani din hidrocarburi. Din pcate resursele de petrol, pe care se bazeaz obinerea carburanilor auto, sunt limitate. O comparaie ntre necesarul de produse petroliere i producia acestora pentru urmtorii ani este prezentat n figura 1. Dac producia de carburani petrolieri prezint o pant descendent de-a lungul timpului, nu acelai lucru se observ la necesarul de petrol, care crete odat cu dezvoltarea permanent a societii. Diferena dintre cererea de petrol dictat de dezvoltarea, n principal, a transporturilor auto, i disponibilul mpuinat datorit declinului produciei trebuie acoperit din alte surse, iar biocombustibilii reprezint una din aceste surse. Principalul avantaj al biocombustibililor este compatibilitatea lor cu soluiile tehnice larg utilizate actual i cu infrastructura existenta (de fabricare, transport si distribuie. Biocombustibili sunt de asemenea neutri din punct de vedere al efectului de ser. Se spune despre un combustibil c este neutru atunci cnd nu se produce un surplus de CO2 n atmosfera prin arderea lui. Biocombustibilii sunt neutri pentru c la arderea lor se elibereaz n atmosfera cantitatea echivalenta de bioxid de carbon care a fost fixata fotosintetic de plante cnd s-a produs materia prim vegetal din care s-au obinut biocombustibilii. Extinderea producerii i utilizrii biocombustibililor nu se datoreaz numai aspectelor legate de reducerea efectului artificial de ser. Exist i aspecte ale producerii i utilizrii biocombustibililor care sunt mai puin evidente la o 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) de energie au determinat guvernele europene (i ale celorlalte state industrializate) s stimuleze producerea i utilizarea de biocombustibili.

Principalii biocombustibili care sunt larg utilizai n prezent sunt uleiul crud (pentru motoarele diesel neperfecionate, de pe autocamioane si tractoare); biodieselul (pentru motoarele diesel cu rampa comun sau cu pomp duz); bioetanolul (pentru motoare Otto sau pentru amestecul cu motorin sub form de E-diesel); biometanolul (pentru motoare Otto i pentru producerea de biodiesel). In fig. 2 este prezentat diagrama obinerii acestor biocombustibili.

Fig.2. Diagrama obinerii principalilor biocombustibili. Biodieselul este un amestec de esteri metilici ai uleiurilor vegetale, care se obine printr-o serie de reacii de tranesterificare. In general esterii acizilor grai se pot obine prin tehnologii de derivatizare chimic (esterificarea direct a acizilor grai rezultai ca subproduse la fabricarea spunurilor sau rafinarea uleiurilor vegetale brute) sau prin semisintez (prin alcooliza trigliceridelor naturale prezente n uleiuri vegetale i grsimi animale). n cazul utilizrii tehnologiilor de semisintez, esterii acizilor grai se pot obine printr-un proces necostisitor i eficient din gliceride cu coninut mare de acizi grai. Sinteza acestora implic reacia de trans-esterificare a trigliceridelor coninute n surse de origine animal sau vegetal cu alcooli C1-C4, obinndu-se alchilesteri C1-C4 i glicerin brut ca subprodus. Reaciile de alcooliza (metanoliza) a trigliceridelor pentru producerea de biodiesel sunt prezentate mai jos. Plante oleaginoase Rapita, Soia, Floarea-soarelui alge diatomee Material lignocelulozic frunze,tulpini, lemn Plante amidonoase porumb, gru. In reacia de transesterificare de mai sus se pot utiliza o mare varietate de catalizatori cum ar fi: catalizatori acizi, enzime, sruri metalice sau catalizatori alcalini. Se prefer catalizatorii alcalini ca hidroxizii de sodiu sau de potasiu sau alcoxizi, datorit faptului c sunt eficieni, se separ uor din produsul de reacie i sunt compatibili cu sistemele tehnologice convenionale. Glicerina brut rezultat din procesul de tranesterificare se poate acidula, degresa i usca parial sau complet. Calitatea glicerinei se poate mbunti prin distilare cu vapori, distilare la vid, decolorare pe crbune etc. Procedeele sunt ns costisitoare i energofage (din apele glicerinoase se elimin apa prin fierbere). Producerea de glicerin la fabricarea biodieselului a dezechilibrat deja piaa de glicerol datorit excedentului introdus pe pia. Sunt necesare noi utilizri pentru glicerin pentru a limitat efectele dezechilibrului produs pe pia datorit producerii de biodiesel. Cercetrile privind obinerea combustibilului biodiesel s-au axat n principal pe transesterificare 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 este foarte toxic, nu produce scnteie vizibil atunci cnd arde, este 100% miscibil cu apa i penetreaz pielea cu uurin, genernd probleme grave pentru organisme i mediu.Etanolul prezint n plus avantajul c se poate utiliza pentru a produce prin tranesterificare un biodiesel prin utilizarea exclusiv a resurselor naturale regenerabile i a tehnologiilor biochimice. 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 n zaharuri simple prin procedee de degradare (hidroliz) enzimatic (fig.3). Soluia de zaharuri fermentescibile se trateaz cu drojdie-de bere (sau, n tehnologiile avansate cu bacterii Zygomonas mobilis) si se las la fermentat. Fermentaia alcoolica dureaz 2-3 zile n cazul drojdiilor, cteva ore n cazul bacteriilor. Vasele n care se produce fermentaia trebuie rcite, deoarece prin fermentarea fiecrui kg de zahr fermentescibil se degaj 133 kcal. Bioxidul de carbon 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 se produce un lichid, numit plmad, care conine pn la 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, deoarece conine proteine, grsimi etc. Alcoolul brut este supus rectificrii, n coloan de rectificare, obinndu-se ca produs de distilare un alcool de 95,6 %, iar ca reziduu de distilare glicerina i 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 78,15o C; de aceea, pentru obinerea unui alcool pur (alcool absolut, necesar pentru a fi utilizat ca bioetanol) nu se poate recurge la nc o distilare (pentru ca azeotropul distila ca o substan pur), ci se aplic metode speciale de deshidratare (de exemplu tratarea cu substane care se combin cu uurin cu apa ca oxidul de calciu, sulfat de calciu calcinat etc.) urmat de distilare. Producerea biocombustibililor implic un lan ntreg, 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 porumb); China (bioetanol din sorg); Uniunea European (biodiesel din rapi). In fig. 4 sunt prezentate principalele zone productoare de biocombustibili.

Fig. 4. Principalele ri productoare de biocombustibili. Principalele culturi energetice pentru Romnia sunt rapia, floarea-soarelui (cu coninut ridicat de acid oleic), sorgul zaharat i porumbul. Dintre plantele de cultur de mai sus condiiile cele mai favorabile le au n Romnia floarea-soarelui (Helianthus annuus L.) i porumbul (Zea mays L.) Floareasoarelui ns produce un ulei alimentar cu o bun acceptant n rndul populaiei, iar excedentul de semine i gsete rapid valorificarea pe pieele externe. Porumbul are de asemenea multe alte ntrebuinri, iar interesul pentru producerea de bioetanol este mic att n rndul productorilor de combustibili ct i al agricultorilor. Considerente fiscale (nivelul ridicat de accizare al alcoolului, lipsa unor structuri eficiente de colectare a veniturilor statului) fac ca bioetanolul s nu beneficieze nc de nici un fel de faciliti fiscale ceea ce reduce din start interesul pentru acest biocombustibil. Oricum planta cea mai convenabil pentru producerea de bioetanol n condiiile Romniei este sorgul zaharat. Sorgul zaharat este cultivat n ultimii 25 de ani numai experimental n Romnia. Sorgul zaharat este o plant anual asemntoare cu porumbul, foarte rezistent la secet, cu un ciclu vegetativ rapid, cu exigene mult mai reduse pentru ngrminte n comparaie cu porumbul. Principalele argumente n sprijinul extinderii 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 munc; 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 prim regenerabil pentru industria chimic, petrochimic, agricultur, industria alimentar, farmaceutic i altele. Prin industrializarea total a sorgului se pot obine: bioetanol (biocombustibil pentru mijloace de transport, utilaje agricole mobile i fixe), sirop, oet i alcool alimentar, celuloz i hrtie, acid acetic i etilen, fibre naturale, proteine vegetale, furaje pentru zootehnie, etc.; Biocarburantul produs din sorg este ecologic, contribuind la reducerea emisiilor de bioxid de carbon, principalul responsabil pentru efectul de ser suferit de atmosfera terestr n ultima perioad de timp; Brazilia 16,9 MT Altii US 16,4 MT 0,8 MT Europa 3,9 MT Europa 3,1 MT Altii 6,6 MT Biodiesel 8,9 % Bioetanol 86,8 % Tehnologiile industriale pot utiliza instalaii existente sau puin adaptate din industria chimic, nu produc deeuri toxice sau reziduuri neutilizabile. Conform estimrilor tehnico-economice, n Romnia s-ar putea produce bioetanol din sorg zaharat prin tehnologiile convenionale, la un pre total mai mic de 200 euro pe ton, inclusiv taxe vamale, costul transportului, comisioane, etc., pre concurenial pe piaa european, n cazul obinerii unei producii de circa 5 tone etanol la hectar. mpreun cu producia de ulei de rapi, estimat la o ton la hectar, cele dou tipuri de biocombustibil completeaz spectrul necesarului energetic al fermelor agricole, cele dou specii de plante fiind complementare n asolamentul culturilor agricole. Reziduul sau pulpa (bagasa) rmas dup extracia sucului dulce din tulpini conine celuloz n proporie de circa 31-35% i o serie de alte glucide convertibile n bioetanol dup hidroliz enzimatic cu enzime specifice (fig.3). Bagasa de sorg se poate folosi i la obinerea de celuloz. Celuloza obinut din sorg este de calitate asemntoare cu cea din lemnul de foioase (specii inferioare) destinate produciei de celuloz. Producia de celuloz albit la hectarul de sorg zaharat este mai ieftin i de 2,5-3 ori mai mare dect cea obinuit de pe un hectar de pdure. Uniunea European este ns o zon cu preponderen a biodieselului. Pentru biodiesel cultura de baz este rapia. Pe plan mondial, n anul 2004, suprafaa cultivat cu rapi a fost de 27.558 mii ha, pe plan european de 857 mii ha, iar n ara noastr suprafeele cultivate cu rapi au fost de 83 mii ha. Producia medie de smn a crescut n perioada 1990-2000 de la 1368 la 1543 kg/ha pe plan mondial, de la 2779 la 2935 kg/ha n Europa i de la 916 la 1338 kg/ha n ara noastr. Producia mondial de rapi este n cretere, dup rapoartele FAO au fost obinute 36 de milioane de tone n sezonul 2003-2004 i 46 milioane tone n 2004-2005. Extinderea culturii de rapi a fost determinat pe de o parte de progresele nregistrate n ameliorarea acestei specii i de avantajele economice, iar pe de alta de factorul ecologic ce limiteaz suprafeele cultivate cu plante oleaginoase clasice, soia i floarea soarelui, fapt ce a impus atragerea n cultur a altor specii cu coninut bogat n lipide i proteine, din cadrul crora rapia (Brassica napus, var. oleifera) a cunoscut cea mai larg rspndire. Suprafaa cultivat cu rapi n Europa (2004) este de aprox. 4,5 milioane hectare, reprezentnd un sfert din producia mondial i se estimeaz la 4,63 milioane hectare pentru 2005 2006. Dei va fi cultivat o suprafa mai mare, producia de semine de rapi destinat fabricrii uleiului va fi mai mic datorit creterii cererii de biodiesel. n Romnia rapia s-a cultivat pe suprafee mai mari nainte de primul rzboi mondial si ntre cele doua rzboaie mondiale. Astfel, n anul 1913, ea a ocupat 80,38 mii ha, iar n anul 1930 cca. 77,32 mii ha. Cultura de rapi prezint urmtoarele particulariti n Romnia. Zone de favorabilitate: - 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 prga lsarea pana la uscare completa- treierare cu combina , la o umiditate de 12-14%. Evoluia suprafeelor cultivate (fig.5) rapi denot un interes crescut al fermierilor romni pentru aceast cultur. Dei riscul compromiterii culturii n iernile fr zpad i cu geruri puternice (cum s-a ntmplat i ianuarie 2006) este foarte mare, cererea din ce n ce mai crescut a determinat creterea suprafeelor cultivate cu rapi n Romnia. Este de ateptat ca suprafeele cultivate cu rapi s se extind i mai mult n viitor i din aceast perspectiv este necesar o evaluarea corespunztoare a impactului produs de aceast extindere asupra mediului n general i asupra solului, n special. 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Suprafata (mii ha) Productie medie(q/ha) Productie totala (mii to)

Fig.5. Dinamica suprafeelor cultivate cu rapi n ultimii 10 ani n Romnia. Impactul producerii de biocombustibili asupra solului. Producerea de bicombustibili nu este o activitate care prezint numai efecte pozitive. Un exemplu deja menionat este cel al dezechilibrrii pieelor agroa-alimentare i ale produselor derivate. Producerea de bioetanol din sfecl de 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 de bioetanol, impact care a dus la reducerea rezervei mondiale de cereale i la reapariia spectrului foametei. In afara de dezechilibrarea pieelor tradiionale ale produselor agricole i a derivatelor lor, unul dintre efectele negative cele mai pregante este asupra solului datorit: Posibilele practici de monocultur rezultate din cultivarea plantelor energetice, periculoase pentru viitorul utilizrii terenului agricol (mai ales sub aspectul epuizrii solului si al proteciei plantelor); Poluarea rezultat din utilizarea n exces a fertilizanilor i pesticidelor pentru o cultur non-alimentar, n care nu se aplic restriciile de randament agricol i de contaminare impuse culturilor alimentare; Excesul de co/sub-produse care ar putea genera probleme de poluare a solului. Evaluarea riscurilor pentru sol a diferitelor culturi energetice pentru Romnia este prezentat n tab.1. Se remarc faptul c porumbul este o cultur cu impact negativ asupra solului i c pentru filiera bioetanol este recomandabil utilizarea sorgului zaharat. Tab.1. Evaluarea riscurilor pentru sol al diferitelor culturi pentru biocombustibili.

Dezechilibre produse de subprodusele rezultate la fabricarea biocombustibililor. La fabricarea biocombustibililor rezult urmtoarele 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 / borhot Bioetanol din porumb - borhot de porumb - drojdie de fermentaie Aplicarea Directivei 2003/30/EC (publicat n Official Journal of the European Union, L 123/42, din 17.05.2003) la nivelul Romniei implic un necesar de circa 400.000 tone de biodiesel necesar care genereaz concomitent peste 200.000 tone de glicerin i peste 500.000 tone de roturi de rapi. roturile de rapi nu pot fi folosite n proporii mari n hrana animalelor (conin tioglicozizi goitrogeni i urme de acid erucic cardiotoxic), iar glicerina, dei este un produs valoros, nu are utilizri care s acopere toat cantitatea (care va fi produs). Soluia tehnologic clasic de recuperare a glicerinei presupune distilarea apei la presiune normal, urmat de distilarea glicerinei sub vid i purificarea final prin filtrare. Pe o instalaie Crown Iron Works (recunoscut ca fiind una dintre cele mai eficiente) consumurile de abur sunt de 612 kg abur 6 bar pentru 450 kg glicerina farmaceutic i 45 kg glicerin sub-standard. Costurile energetice (la o cldur specific de 2257kJ/kg abur i 35700 kJ/Nm3 de gaz metan) se menin sub valoarea de 1000 lei, adic sub 2.5% din valoarea de pia a produsului. Creterea previzibil a costurilor energiei (practic dublarea lor) va menine costurile 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 recuperrii glicerinei. O instalaie de tipul celei menionate cost milioane de euro i este furnizat dup 12-18 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 va genera peste 1 milion tone de bagasa. Folosirea bagasei ca sursa de hrana pentru rumegtoare nu 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 permit noi utilizri ale acestor sub-produse rezultate de la fabricarea biodieselului. Glicerina brut / apele glicerinoase rezultate de la fabricarea biodieselului poate intra n componena unor amelioratori de sol (mpreun cu hidroxid de sodiu i acid acetic, sau catalizator i acid citric)care se aplic prin pulverizare pe soluri. Acest tip de produs ajut la dezvoltarea plantelor, reducnd agresivitatea solurilor acide i stimulnd dezvoltarea microorganismelor benefice (de ex. fixatori de azot). De asemenea regenereaz solul, faciliteaz absorbia substanelor nutritive n esuturile plantelor i contribuie la sporirea recoltelor. Tratamentul solurilor nisipoase cu un astfel de ameliorator pe baz de glicerin brut, urmat de irigarea acestuia, permite retenia umiditii timp ndelungat. Compoziia funcioneaz ca un tampon acido-bazic, meninnd balana pH-ului din sol.. Este prevenit astfel splarea ionilor metalici care trebuie reinui n sol pn la absorbia de ctre rdcini i translocarea lor spre prile aeriene ale plantelor. Apele glicerinoase pot fi utilizate i ca adjuvant la aplicarea produselor agrochimice condiionate ca pulberi de prfuit i n special a pesticidelor granulate, transformnd ingredientele active solide sub form de pulberi n particule fine, lipicioase, foarte adecvate pentru aplicri de refacere a structurii solului. Tot ca agent antiprfuire, pentru limitarea efectelor de dispersie pe parcursul aplicrii, intr n compoziia unor fertilizanilor anorganici generatori de praf (de exemplu DSF disintegrating sulfur fertilizer), fr a interveni n procesul util de eliberare gradat a agentului activ (sulf, fosfat de amoniu, fosfat de calciu, nitrat de amoniu, nitrat de potasiu, clorur de 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 compostarea lor i utilizarea compostului ca ameliorator de sol. Compostarea este definit n general ca un proces de descompunere prin oxidare biologic a constituenilor organici din deeuri, practic de orice natur, n condiii controlate. Deoarece compostare este un proces biologic de descompunere a materiei organice, necesit condiii speciale, n particular, determinate de valori optime ale temperaturii, umiditate, aerare, pH i raport C/N, necesare asigurrii unei activiti biologice optime n diferitele stadii ale procesului. Principalii produi ai procesului de compostare aerob sunt: dioxidul de carbon, apa, diferii ioni minerali i materie organic stabilizat, denumit humus sau compost. Procesul decurge n dou faze distincte: (1) mineralizarea i (2) humificarea. Mineralizarea este un proces foarte intens care implic degradarea 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. Cnd fracia organic este consumat, unele celule se descompun prin autooxidare pentru a furniza energie celulelor rmase. In timpul primei faze a compostrii este necesar furnizarea unei cantiti suficiente de oxigen (5-15%) pentru a permite att un bun start al transformrii microbiene, ct i creterea temperaturii, necesar meninerii condiiilor igienice de biodegradare a materialului organic. Procesul de transformarea a substanelor organice este completat n a doua faz a compostrii - cea termofil, care se desfoar n condiii mai puin oxidative, care permit formarea substanelor cu caracter de humus i eliminarea compostului toxic mai dens, format eventual n prima faz. In cea de-a doua faz a compostrii este preferat un proces mai puin oxidativ pentru a evita mineralizarea excesiv a substratului organic. In decursul fazei de maturare, necesarul de oxigen este mai redus (5%), deoarece procesul biologic devine foarte slab si are ca efect reducerea temperaturii. Se realizeaz astfel, prin procesul de compostare controlat, reciclarea materiei organice i reducerea volumului deeurilor solide. Creterea emisiilor de gaze cu efect de sera din sol datorit extinderii produciei de biocombustibili. Utilizarea composturilor rezultate din resturile vegetale ale culturilor tehnice folosite pentru fabricarea biocombustibililor trebuie analizat i sub aspectul producerii de gaze cu efect de ser. Oricum culturile energetice / pentru biocombustibili determin i o cretere a gazelor cu efect de ser din agricultur. Aceste culturi tehnice produc i ele gaze de ser i n special protoxid de azot. Mecanismele prin care se 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 ser de ctre diferitele culturi tehnice utilizate pentru biocombustibili.

In tab. 2 sunt prezentate emisiile cu gaze cu efect de ser de gaze cu efect de ser de ctre diferitele culturi tehnice utilizate pentru biocombustibili. Aceste date pot duce la o reanaliz a emisiilor nete de gaze cu efect de ser prin 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; albastru n funcie de capacitatea 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 valoarea EroEI a biocombustibililor (ERoEI = How much Energy is Returned on Energy Invested = Ct energie obii din energia investit?) Pentru a extrage un baril de petrol, al prelucra i al transporta acolo unde este nevoie de el se folosete ntre a aizecia parte i a zecea parte din energia acelui baril. Cu alte cuvinte ca s extragi, s prelucrezi i s transpori 10 barili de petrol consumi ntre 0,17 si 1 baril de petrol. Estimrile precaute ale ERoEI pentru energia cu care funcioneaz economia noastr actual sunt 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 dup o simpl examinare. Hidrogenul comercial e un bun exemplu despre cum s consumi mai mult energie dect produci. Sursa cea mai comun pentru hidrogen este gazul natural. Gazul natural este tratat cu abur. Aburul este obinut prin fierberea apei folosind i mai mult gaz natural, petrol, crbune. Prin ardere productoare de bioxid de carbon cu efect de ser! Bunul sim spune c hidrogenul comercial produs din gaze naturale nu este o soluie de reducere a emisiilor de gaze cu efect de ser. Biocombustibilii au un ERoEI mic (cu excepia biodieselului din alge a se vedea i tab.3). Dac se ia n calcul i eficiena motoarelor (TTW tank to wheel) atunci eficiena energetic a biodieselului din alge se aproprie de cea a benzinei. Tab.3. Valorile EroEI pentru biocombustibili.

WTW eficiena producerii i distribuirii; TTW eficiena motorului cu ardere intern; WTW; eficiena de producere, distribuire i utilizare. in cazul combustibililor trebuie luate n considerare i mrimea suprafeelor care trebuie cultivate. 1 ha de rapi produce circa 1 tona de biodiesel. Un camion pentru un singur drum Bucureti-Timioara (550 km la 25 litri/100 km) consum 137,5 litri de motorin. Un singur drum, un singur TIR = 0,137 ha cultivate timp de un an! Din motivele prezentate mai sus (impact negativ asupra mediului i n special asupra solului, intensificarea producerii de gaze cu efect de ser din sol) soluiile optime din punct de vedere ecologic sunt sistemele integrate, n care sunt urmrite concomitent producerea de biocombustibili, refacerea solurilor i reducerea emisiilor de gaze cu efect de sera din sol. Sisteme integrate de producere de biocombustibili, refacerea solurilor si 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 bazeaz pe (bio)conversia multipl a co-produselor rezultate de la fabricarea biocombustibililor i implic: (i) un procedeu de utilizare a bagasei de sorg pentru producerea de bagasa comestibil lignocelulozic; (ii) un bioproces de conversie a substratului pentru cultivarea ciupercilor in amelioratori de sol cu etichet ecologic; (iii) o instalaie nou creat pentru producerea amelioratorilor de sol ; (iv) bioproduse cu eliberare controlat pe baza tulpinilor biologic active de Bacillus subtilis si Trichoderma viride; (v) cultivarea microorganismelor pe medii avand ca sursa de carbon apa glicerinoase; (vi) un proces inovativ de condiionare a produselor biologice prin coacervare; (vii) biopesticide pe baza tulpinilor active de Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Trichoderma viride rezultate de la (v) procesul de cultivare a microorganismului pe medii cu pe apa glicerinoasa; (viii) condiionare pe bagasa de sorg sterilizata prin iradiere gamma; (ix) biofertilizanti pe baza de Rhizobium spp., Pseudomonas fluorescens, Azospirillum spp. rezultai de la procesul de cultivare al microorganismelor pe medii cu apa glicerinoasa 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 care rezult inclusiv amelioratori de sol. Procedeul implic un proces biochimic, de solubilizare a carbohidrailor din biomas i procedee termochimic, de distilare uscat i de gazeifiere a materialelor vegetale care nu sunt hidrolizabile enzimatic. Din procesul de distilare uscat rezult un crbune vegetal cu proprieti foarte bune de absorbie, care este folosit pentru absorbia gazelor poluante (NOx i SOx) emise de termocentrale (cu generarea unui fertilizant N-S cu eliberare controlat).

Fig. 9. Ciclu integrat de conversie biochimic i termochimic a materialului vegetal n biocombustibili, amelioratori de sol, cldur i energie electric. De menionat c subprodusele rezultate la distilarea bioetanolului fabricat din fermentarea zaharurilor hidrolizate din biomas sunt 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 considerare fixarea de ctre alge a bioxidului de carbon n vederea producerii de biodiesel, biopesticide i amelioratori de sol. In perioada anilor 80, Departamentul Energiei al SUA a finanat considerabil activitati de C-D din Programul speciilor acvatice, pentru producerea de carburani din cianobacterii sau din microalge (biodiesel) pe scara mare, in sisteme consacrate. Acest efort a culminat cu o operarea unei instalaii pilot pe 0,2 ha in Roswell, New Mexico, cnd s-a demonstrat capacitatea tulpinilor selectate de alge/cianobacterii de a fixa foarte eficient CO2 n bazine joase agitate de roti cu pale. In timpul anilor 90, Japonia a sponsorizat RITE (Cercetari pentru Tehnologii Inovative ale Pamntului), fiind fcut un foarte mare efort de C-D privind cianobacteriile / microalgele utilizate pentru fixarea CO2 din gazele de ardere de la termocentrale si reducerea GHG, cu accentul pe folosirea fotobioreactoarelor nchise cu diferite modele, in special din fibra optica si producerea unor produse secundare cu valoare mare. In final s-a dovedit ca bazinele deschise (majoritatea de tipul celor joase agitate de roti cu 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 prin fixare cu cianobacterii / microalge. Se vor prezenta aici cteva exemple. EniTecnologie (Italia) a dezvoltat n 2005 un sistem pilot pentru utilizarea CO2 fosil emis de la o termocentrala 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 Procesarea Cerealelor, departamentul Alge din Germania au nceput, pe 1 ianuarie 2006, un proiect pentru utilizarea CO2 din gazele de ardere pentru creterea recoltei produse de microalge. Un studiu de fezabilitate a nceput recent (in vara anului 2005) la Universitatea Internaionala Bremen. Proiectul va investiga perspectiva dezvoltrii unui sistem fotosintetic pe scara larga pentru controlul gazelor de sera. Scopul este utilizarea cianobacteriilor ca sechestranti naturali pentru emisiile de CO2 de la o termocentrala pe crbune EON Ruhrgas de 350 MW la Bremen. Toate aceste noi cercetri sunt menite s dezvolte noi ci de fixare (eficient i sigur pentru mediu) a bioxidului de carbon, n paralel cu producerea de biocombustibili.