Combustibili alternativi Alcoolul etilic

Cap 1 - Generalitati privind utilizarea bioetanolului pentru alimentarea m.a.s. Biocarburanii cuprind orice surs de combustibil sau de energie care este produs din materie organic, ca i uleiuri combustibile produse din plante sau animale. Exemple de materii utilizate la producerea biocarburanilor sunt alcoolul din zaharuri fermentate, lemnul i grsimile animale. Definiia poate fi extins incluznd deeuri municipale solide i unele deeuri industriale. Biocarburanii reprezint o surs de energie regenerabil, spre deosebire de alte surse energetice naturale ca petrolul, crbunele sau combustibilul nuclear. Carbonul din biocarburani a fost extras relativ recent din dioxidul de carbon atmosferic de ctre plante n procesul de fotosintez astfel c prin arderea lui nu rezult o cretere net a dioxidul de carbon din atmosfer. Ca urmare, utilizarea biocarburanilor este considerat un mijloc de a reduce cantitatea de dioxid de carbon eliberat n atmosfer i o economisire a combustibililor fosili. Pentru producerea energiei regenerabile se pot utiliza att produse agricole cultivate special pentru obinerea de biocarburani, dar i deeuri din industrie, agricultur, silvicultur, activiti casnice, cum sunt paie, crengi, deeuri organice animaliere sau resturi alimentare. De obicei biocarburanii sunt ari pentru a degaja energia chimic .Exist totui o serie de cercetri care urmresc transformarea biocarburanilor n electricitate cu ajutorul pilelor de combustibil. Energia din biomas acoper 15% din consumul energetic mondial. Suedia i Finlanda asigur 17% i, respectiv, 19% din necesarul lor energetic din biomas. Energia poate fi utilizat n transporturi, producia de energie electric i nclzire central sau individual.Utilizarea biocarburanilor este un instrument eficient de protecie a mediului. Pe lng valorile mici ale CO2 net, arderea biocarburanilor va genera mai puine emisii de SO2, care este una din principala cauz a ploilor acide, mai puine emisii de particule (funingine), hidrocarburi nearse (HC) i monoxid de carbon (CO). Exist multe forme de biomas solid care este combustibil cum ar fi: lemnul, paiele, alte plante uscate, resturi animaliere sau cojile cerealelor. Exist forme de biomas lichid care poate fi folosit drept combustibil: Bioalcooli: Etanolul produs din trestie de zahr sau cereale este utilizat drept combustibil sau aditiv pentru benzin. Metanolul, care este produs current din gaz natural poate fi produs i din biomas chiar dac n prezent nu este rentabil. Economia bazat pe metanol este o alternativ interesant la economia bazat pe hidrogen. Uleiuri produse biologic pot fi utilizate n motoarele diesel: Ulei vegetal pur. Ulei vegetal uzat. Motorin obinut din transesterificarea grsimilor animale i a uleiurilor vegetale. Uleiuri produse din diferite deeuri: Depolimerizarea termic poate extrage ulei, asemntor obinerii petrolului, din deeuri. Exist forme de biomas gazoas care poate fi folosit drept combustibil: Metanul produs prin descompunerea natural a gunoiului de grajd sau a altor resturi agricole poate fi colectat i utilizat drept combustibil.

ALCOOLII I DERIVAII LOR

Combustibilii oxigenai sunt acele hidrocarburi care conin n lanul molecular unul sau mai muli atomi de oxigen. Printre aceti combustibili cei mai cunoscui sunt alcoolii (metanol i etanol) i derivaii de tip eter: MTBE (Metil Tertiar Butil Eterul ) i ETBE (Etil Tertiar Butil Eterul). Aceti combustibili cunoscui n ultimul secol de lumea motoristic, au fost folosii pentru formularea combustibililor de curse pentru a mbunti performanele motorului; totui ei au fost exclui de pe piaa combustibililor din motive economice. Utilizarea etanolului n motoare este cunoscut din 1890 i a naintat semnificativ n anii 1910-1920 ca i n timpul celui de-al doilea Rzboi Mondial. Interesul pentru el a sczut din 1945 fiindc benzina obinut din petrol era mai ieftin. Interesul pentru combustibili oxigenai a reaprut n 1973 odat cu criza petrolier, din motive economice i politice. n 1975, Brazilia a declanat un program naional de promovare a alcoolului pentru a reduce dependena de importul de petrol i de a reduce deficitul comercial. Un program similar a nceput n SUA din 1979 cu obiectivul creterii "siguranei energetice". Aceste programe scumpe s-au ncheiat, iar preul petrolului s-a stabilizat. n prezent, utilizarea etanolului i a altor combustibili oxigenai este n cretere din considerente ecologice; au aprut i a serie de avantaje tehnice, economice i sociale cum ar fi generarea de venituri i locuri de munc n zone rurale srace. Utilizarea alcoolului drept combustibil pentru motoare cu ardere intern, fie n stare pur sau n amestec cu ali combustibili, a cptat mult atenie datorit avantajelor de mediu i economice pe termen lung fa de combustibilii fosili. Att etanolul, ct i metanolul au fost luate n considerare. Ambele pot fi obinute din petrol sau gaz natural, iar etanolul pare a fi mai uor de obinut din zahr sau amidon din cereale, trestie de zahr sau lactoz. Prin amestecarea alcoolului cu benzina produsul e cunoscut ca gazohol. Alte experimente au folosit butanol produs din fermentarea plantelor. Alcoolii pot fi utilizai ca nlocuitori totali sau pariali ai benzinei la autoturisme sau alte autovehicule comerciale. Totui s-au studiat i alte metode neconvenionale de utilizare a alcoolilor n pile de combustie, fie direct, fie ca materie prim pentru producerea de hidrogen. Alcoolii pot fi produi dintr-o varietate de recolte, cum sunt trestia de zahr, sfecla de zahr, ovz, orz, cartofi, floarea soarelui, eucalipt, etc. Dou ri au dezvoltat programe semnificative pro-alcool: Brazilia (etanol din trestie de zahr) i Rusia (metanol din eucalipt). Etanolul pentru uz industrial este adesea obinut sintetic din materii prime petroliere, de obicei prin hidratare catalitic a etilenei cu acid sulfuric pe post de catalizator. Acest proces este mai ieftin dect producia prin fermentaie. Se poate obine i din eten sau acetilen, din carbura de calciu, crbune sau gaze petroliere. Alcoolul obinut din agricultur necesit cantiti substaniale de teren cultivabil, cu soluri fertile i ap. Este puin probabil ca acest lucru s se poat produce n zonele aglomerate i industrializate din Europa de vest. De exemplu, dac Germania ar fi ocupat total de plantaii de trestie de zahr, s-ar acoperi numai jumtate din nevoile sale energetice (incluznd combustibil i electricitate).Totui, dac alcoolul este fcut din resturi agricole, atunci nu mai este nevoie de teren suplimentar. Utiliznd aceste resurse pentru acest scop va fi nevoie de materie suplimentar pentru hrana animalelor, fertilizatori i combustibili pentru centralele electrice. Pentru a fi viabil o economie bazat pe alcool trebuie sa aib un bilan al energiei nete pozitiv, adic energia total cheltuit n producerea de alcool incluznd fertilizarea, semnarea, recoltarea, transportul, fermentarea, distilarea i distribuia ca i combustibilul utilizat la construcia fermei i a staiei, nu trebuie sa depeasc coninutul energetic al produsului.

Etanolul

Etanolul este o substan organic din clasa alcoolilor. Mai poart denumirea de alcool etilic i are formula molecular C2H5OH putnd fi scris CH3 CH2 OH.Se prezint ca o substan lichid incolor, solubil n ap n orice proporii. Solubilitatea se datoreaz gruprii hidroxil din molecula alcoolului prin intermediul careia ntre moleculele de ap i de alcool se stabilesc legturi de hidrogen intermoleculare.Etanolul, ca toi alcoolii, prezint un uor caracter acid dovedit prin reacia sa cu metalele alcaline; o reacie tipic este reacia cu sodiul n urma creia se formeaz ionul etoxid i se elibereaz protonul din gruparea hidroxil. Protonul se fixeaz pe perechea de electroni ai oxigenului din ap, genernd ionul hidroniu care ofer aciditate soluiei respective.Etanolul nu reacioneaz cu hidroxizii alcalini, fa de fenoli care sunt tot compui hidroxilici i care reacioneaz cu hidroxidul de sodiu formnd ionul fenoxid. Alte reacii tipice etanolului sunt reaciile cu acizii carboxilici cnd rezult esteri folosii pe post de aromatizani.Bioetanolul este de departe cel mai folosit biocombustibil pentru transport. Producia de bioetanol din biomasa este o modalitate de a reduce att consumul de iei precum i o modalitate de reduce poluarea mediului. Bioetanolul poate fi produs din diferite tipuri de materii prime. Aceste materii prime sunt clasificate n trei categorii: zaharuri simple, amidonoase i lignoceluloz. Preul materiilor prime este foarte volatil, ceea ce poate afecta destul de mult costurile produciei de bioetanol. O problem major a produciei de bioetanol este disponibilitatea de materii prime necesar produciei. Biomasa lignocelulozic este materia prim cea mai promitoare avnd n vedere disponibilitatea mare i costul sczut, ns producia comercial la scar larg de bioetanol din materiale lignocelulozice nu a fost nc pus n aplicare.

Cap 2 - Modalitati de obtinere a bioetanolului. Moduri de utilizare la m.a.s.: 100% sau in amestecuri cu benzina. Alcoolii monoatomici pot fi obinui prin: - sinteza materiei prime chimice; - fermentarea glucidelor sau amidonului provenite din plante (biocombustibil de prima generaie); - prelucrarea masei ligno-celulozice (biocombustibil de generaia a doua).

2.1 Materii prime care conin zaharoz

Trestia de zahr, fie sub form de suc sau melas de trestie de zahr, este cea mai important materie prim utilizat n rile tropicale i subtropicale pentru producerea de etanol. n rile europene, melasa de sfecl este cea mai important materie prim care conine zahr. Pe lng aceste culturi energetice, sorgul dulce a devenit o materie prim important avnd n vedere perspectiva c din tulpinile sale poate fi extras un suc cu un coninut ridicat de zaharoz, cerealele sale conin o mare cantitate de amidon, iar resturile vegetale provenite din culturile acestor plante reprezint o surs important de biomas lignocelulozic. Conversia zaharozei este mai uor de realizat n comparaie cu cea a amidonului i biomasei lignocelulozice, din cauz c zaharoza nu necesit etapa de hidroliz. n ceea ce privete proiectarea proceselor de producie a etanolului din materii prime care conin zaharoz, disponibilitatea i costurile de transport ale materiei prime joac un rol important. S-au efectuat analize economice detaliate ale produciei de etanol hidratat (azeotrop) din melas, iar rezultatele lor au artat c costul materiilor prime reprezint 70% din preul etanolului final. De asemenea s-au propus reguli pentru optimizarea dimensionrii unei fabrici pentru producerea de etanol din trestie de zahr, obinnd o relaie simpl ntre costurile de transport de materie prim, precum i costurile de producie. De asemenea, aceste studii au artat c, costurile de transport pe unitatea de produs de etanol corespund la 0.4-0.6 din unitatea de producie. n plus, utilizarea culturilor combinate din trestie de zahr i sorg dulce poate reduce costurile de producie n condiiile din Australia. Posibilitatea de a produce etanol combustibil din suc de sorg dulce, n China de Nord a fost examinat de asemenea. Astfel s-au recomandat conceperea centralelor flexibile capabile s produc etanol att din zahr ct i din suc de sorg dulce, avnd n vedere conceperea centralelor flexibile capabile s produc etanol att din zahr ct i din suc de sorg dulce, avnd n vedere volatilitatea pieei zahrului. n plus, producia de etanol din reziduurile rezultate din culturile de sorg dulce este propus n locul arderii pentru producerea de energie. Figura 2.1. Schema fluxului de operaii pentru procesul de obinere a etanolului din trestie de zahr

2.2. Materii prime amidonoase

Pentru a produce etanol din amidon este necesar s se rup lanurile acestor carbohidrai pentru a obine sirop de glucoz, care poate fi transformat mai departe n etanol de ctre drojdii. Acest tip de materie prim este cea mai utilizat pentru producerea de etanol n America de Nord i Europa. Porumbul i grul sunt principalele surse de amidon. n rile tropicale, pentru producia de etanol din culturi amidonoase pot fi folosite culturile de tuberculi. Evaluarea economic a diferitelor materiale amidonoase pentru producerea de etanol a fost tratat n diferite studii. Potrivit acestor studii, n cazul Regatului Unit, n condiiile n care preul pe tona de gru este de 115, costurile nete de etanol sunt calculate la 0.38 pe litru, dar dac grul este cultivat alturi de alte plante se obine un pre de 45 pe tona, costurile de etanol poate scdea la 0.21 pe litru. Figura 2.2. Schema fluxului de operaii pentru obinerea bioetanolului din porumb

2.3. Biomasa lignocelulozic

n prezent, o mulime de studii cu privire la utilizarea biomasei lignocelulozice pentru producerea de etanol combustibil se desfaoar la nivel modial. Pentru rile n care cultivarea culturilor energetice este dificil, materialele lignocelulozice sunt o opiune atractiv pentru producia de biocarburani. Principala provocare n conversia biomasei n etanol este pasul pretratare. Datorit structurii complexe lignocelulozice, pretratarea este necesar pentru degradarea biomasei, ndeprtarea ligninei, hidroliza parial sau total a hemicelulozei i scderea n fraciune de celuloz amorf, forma cea mai potrivit pentru pasul de hidroliz ulterioar. n acest pas, celuloza sufer hidroliza enzimatic, n scopul de a obine glucoz, care este transformat n etanol n urma tratrii cu microorganisme.n cele din urm, zaharurile eliberate n urma procesului de hidroliz a hemicelulozei pot fi, de asemenea, transformate n etanol. Prin urmare, datorit faptului c tehnologia implicat n procesul de producie al etanolului din materiale lignocelulozice este mai complex, conduce la creterea costurilor de producie a etanolului, comparativ cu trestia de zahr, sfecl de zahr sau porumb. Cu toate acestea, faptul c materialele lignocelulozice sunt produse rezultate din activiti agricole, reziduuri industriale sau deeuri de pe piaa intern, ofer posibiliti uriae pentru producerea de etanol combustibil la scar larg, precum i consumul su global ca un combustibil regenerabil. Se consider c utilizarea biomasei lignocelulozice va deveni principala materie prim pentru producerea de etanol n viitorul apropiat.

PRODUCEREA BIOCOMBUSTIBILILOR PORNIND DE LA BIOMAS

Alcoolul etilic (etanol) Toate zaharurile cu C6 sunt fermentabile i n principal glucoza i zaharoza pot fi transformate n alcool i dioxid de carbon dup fermentare. Procesul de fermentare este anaerob i catalizat de o enzim produs de drojdie: Saceheromyces Cerevisiae. Reaciile de fermentare sunt urmtoarele: C 6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 (H=-412 kJ/kg) (3.1) (glucoz) (etanol) C 12H22O11 + H2O 4C2H5OH + 4CO2 (H=-479 kJ/kg) (3.2) (zaharoz) (etanol) H - reprezint entalpia masic. Aceste reacii sunt teoretice i randamentele lor sunt numite randamentele Gay - Lussac. n fabricaie apar subprodui i drojdii, producerea de etanol fiind definit de randamentul Pasteur care este 94,7% din randamentul Gay - Lussac. n aceste condiii, din 100 kg de zahr pornind de la glucoz i zaharoz se obin 48,4 kg respectiv 50,95 kg alcool etilic. Materia prim - zaharurile sunt prezente n lumea vegetal ntr-o stare mai mult sau mai puin polimerizat. Plantele de zahr sau zaharifere: sfecla de zahr i trestia de zahr produc direct zaharoz i n acest caz, zahrul fermentabil este extras prin difuzie. Plantele amilacee, cum ar fi cerealele, produc amidon care este necesar s fie hidrolizat de ctre enzimele amilaze. Zahrul obinut este un amestec de glucoz i maltoz. Etanolul produs n Europa pentru a fi utilizat sub form de biocarburant poate fi obinut din prelucrarea zaharurilor provenite din sfecla de zahr i gru. Aceast filier de obinere a biocarburanilor genereaz i coprodui cum ar fi: reziduurile lichide (poirc), ce pot fi utilizate ca fertilizant datorit coninutului bogat de materii minerale sau pulp de sfecl de zahr i borhot de gru, bogate n proteine, care pot fi utilizate n hrana animalelor. Poircile pot fi folosite i la obinerea prin metanizare a biogazului sau utilizate n mod direct drept biocombustibil dup creterea concentraiei de alcool.

Tehnologii HidrolizaSe aplic industrial la prelucrarea amidonului obinut din cereale. Sunt utilizate dou procedee: - metoda umed: grunele sunt mcinate i constituenii (tre, gluten, amidon etc.) sunt separai clasic, prin splare. Numai amidonul este supus hidrolizei enzimatice i zaharurile obinute sunt fermentate. Coproduii rezultai sunt vndui separat pe piee specifice. - metoda uscat: grunele sunt mcinate i constituenii sunt supui n totalitate hidrolizei enzimatice i fermentrii. Coprodusul este borhotul (numit n lb. englez Dried Distiller Grain and Solubles DDGS). Hidroliza celulozei i semicelulozelor este posibil i a fcut obiectul cercetrilor n lumea ntreag. Exceptnd procedeul utiliznd hidroliza acid, care a fost utilizat n trecut, procedeele enzimatice i/sau combinate cu pretratamentele fizice, termice i/sau chimice au fcut obiectul unor demonstraii pilot fr s ating aplicaii industrial. FermentaiaFermentaia tradiional a zaharurilor C6 (hexoze) de ctre drojdii rmnea calea industrial de obinere a etanolului. Numeroase lucrri de cercetare au abordat fermentarea cu bacterii, alte drojdii precum i cu ajutorul unor ciuperci sau fermentarea zaharurilor C5 (pentoze). Aceste ncercri au rezultate interesante ns nu s-au aplicat industrial n obinerea etanolului. n industrie la ora actual se aplic dou metode de fermentare: metoda discontinu i metoda continu. Metoda continu (procedeele Speichim i Biostil) este cea mai productiv i are un randament superior metodei discontinue cu 16% ns este foarte sensibil la contaminri bacteriene.

Separarea etanolului Distilarea fracionat a vinului dup etapa fermentrii conduce la separarea etanolului de restul constituenilor, tehnologia aplicat cuprinznd dou etape: distilarea i deshidratarea. Distilarea obinuit permite s se obin o concentraie masic de 96%. O distilare de vinuri printr-o coloan cu dublu efect necesit 114 kg vapori/hl de alcool pentru un consum de electricitate de 2 kW/hl alcool pur. Variantele combinate de concentrare a poircilor cu segmente de distilare sub vid permit mbuntirea consumurilor energetice. Deshidratarea conduce la obinerea etanolului anhidru (99,7% min. masic) i poate fi realizat prin dou tehnici:Distilarea azeotropic la presiunea atmosferic n prezena ciclohexanului ca solvent de antrenare nsoit de o recomprimare mecanic a vaporilor.

Strecurare molecular obinut prin procesele de absorbie - desorbie a apei pe un suport de zeolii sintetici sau de silicoaluminai metalici cu o structur cristalin tridimensional poroas. O a treia metod tehnic a fost aplicat n trecut dar nu a fost suficient adoptat pentru obinerea etanolului din sfecl de zahr. Aceast metod are la baz o preevaporare printr-o membran, din punct de vedere energetic metoda putnd fi aplicat pentru ali alcooli.

n tabelul urmtor se prezint performanele energetice industriale ale procedeelor utilizate:

Alcoolii monoatomi obinui din materia prim de origine chimic i vegetal au aceleai valori ale proprietilor, care depind numai de componena i structura moleculelor .Din cauza prezenei oxigenului, alcoolii monoatomi au cldura inferioar de ardere de 1,2...2,2 ori mai mic dect benzina. ns acest neajuns este compensat cu un randament mai mare al procesului de ardere a alcoolilor i o rezisten mai mare la detonare. Alcoolul asigur motorului un randament efectiv mai nalt n raport cu benzina n tot diapazonul de lucru (fig.1.). Mai mult ca att, alcoolul permite lrgirea diapazonului de lucru: coeficientul de exces al aerului =0,75...1,45 la alcool contra 0,83...1,35 la benzin. Avantajele alcoolului se manifest cel mai evident cu creterea gradului de comprimare: la = 14 randamentul efectiv atinge 37% (n cazul benzinei e =31%). Datorit majorrii e scade consumul specific al energiei la o unitate de putere (fig. 2.). Factorii menionai i gradul mai ridicat de umplere a cilindrilor permite o cretere esenial (pn la 15%) a puterii motorului alimentat cu alcool . Toate aceste date sunt centralizate n tabelul urmtor.

BIOETANOLUL

Bioetanolul (alcoolul etilic C2H5OH) este un produs obinut din plante bogate n glucide i amidon (sfecla-de-zahr, trestea-de-zahr, sorg zaharat, melas, gru, orz, secar, porumb etc.) printr-un proces de fermentare. n calitate de materie prim la producerea bioetanolului pre-domin cu 61% plantele bogate n glucide.

n topul rilor productoare de bioetanol, pe primele locuri se situeaz Statele Unite ale Americii i Brazilia, care au produs n a.a. 2004 -2006 cca 25,4 miliarde U.S. galoane sau 70 la sut din producia mondial , iar n anul 2007 aceast producie n SUA i Brazilia a constituit 88% din cele 13,1 miliarde U.S. galoane produse n lume. Industria de bioetanol din Brazilia se dezvolt performant de 30 de ani, are un program durabil de producere a acestui biocombustibil din trestia-de-zahr, ale crei plantaii acoper 3,6 milioane hectare de teren, ceea ce constituie 1% din terenurile arabile din aceast ar, cu o pro-ductivitate de pn la 5500 litri de etanol la ha n comparaie cu productivitatea de 3000 litri etanol de pe aceeai suprafa de porumb n SUA. n anul 2006 Brazilia a produs etanol n volum 16,3 miliarde litri (4,5 miliarde U.S. galoane), care constituie 33,3% din producia mondial a bioetanolului . n Brazilia nu mai exist vehicule care s circule cu benzina pur. n anul 1977 guvernul acestei ri a adoptat o hotrre care prevede obligatoriu utilizarea amestecului de 20% etanol i 80% benzin. Astzi n Bra-zilia 3 milioane de vehicule circul pe bioetanol (100%) i 6 milioane pe amestec etanol-benzin, care conine 20...25% de etanol. Statele Unite ale Americii reprezint cel mai mare productor i utilizator al etanolului ca biocombustibil. Utilizarea etanolului pentru alimentarea transportului auto a fost nregistrat n anul 1908, cnd au fost proiectate i produse mainile de marca Ford (model T), care aveau capacitatea de utilizare n calitate de combustibil a benzinei, etanolului sau amestecului acestora. Astzi cele mai multe maini n SUA se alimenteaz cu amestec care conine 10% etanol i 90% benzin. Asigur distribuirea amestecului etanol-benzin 1900 de staii deja deschise. Productorii de motoare pentru vehiculele de marca Ford, Chrysler, GMS au prevzut n construcia acestora posibilitatea ntrebuinrii amestecului combustibil (85% benzin i 15% etanol). Sursa principal de producere a bioetanolului n SUA este porumbul, care este mai puin profitabil dect trestia de zahr. Conform datelor multianuale, din economia mondial cel mai nalt potenial de producie a etanolului, la costuri relativ mici are trestia-de-zahr, dup care urmeaz sorgul zaharat, porumbul, sfecla-de-zahr. Evident c alegerea culturilor pentru producerea etanolului depinde de muli factori, inclusiv pedoclimaterici, sociali etc. Se poate constata c, pentru Moldova, sorgul zaharat este o cultur de maxim perspectiv pentru obinerea etanolului. Conform datelor Asociaiei Europene a Industriei din Biomas (EUBIA), producerea industrial a etanolului ca biocombustibil n rile UE a nceput n anii 1990. n anul 2006 producerea bioetanolului n rile UE a constituit 1592 milioane litri (1273 mii t = 420,6 mil. U.S. galoane), nregistrnd o cretere de 2,2 ori fa de anul 2000, cei mai mari productori i utilizatori fiind Germania, Spania i Frana.

Pe piaa european cererea de bioetanol este cu mult mai mare, dect oferta.

Conform datelor EBIO, n anul 2006 producerea bioetanolului n rile UE a constituit 90 la sut din consum, pe cnd n Germania - 70%, Spania - 60%, cel mai mare consumtor fiind Suedia, cu o acoperire de produc-ie de 50% din consum. Astfel, aceast ar este i cel mai mare utilizator de etanol ca biocombustibil. Din numrul total de 1695 de staii de aprovizionare cu bioetanol-benzin 1200 sunt amplasate n Suedia.n Europa principalele culturi pentru producerea bioetanolului sunt cerealele (gru, secar, orz) i sfecla-de-zahr. n structura cheltuielilor de producie a bioetanolului din sfecla-de-zahr i gru, materia prim ocup 55-80% din costul final.

n funcie de materia prim, tehnologia de producere, preurile la bioetanol variaz de la o ar la alta (fig.7). n Brazilia preul etanolului este 1 dolar/galon (3,785 l) fade 1,5 dolari/ galon de benzin. Preul etanolului produs din celelalte culturi este mai mic dect al benzinei i difer de la 0,22 la 0,7 /l.

n prezent, activitatea de cercetare-dezvoltare n domeniul bioetanolului se concentreaz pe utilizarea biomasei ligno-celulozice: lemnul i reziduurile forestiere, culturile energetice (salcia, trestia chinezeasc, eucaliptul), reziduurile agricole (paie, tilpini de porumb, sorg i begas), deeurile municipale solide ca materie prim pentru pro-ducerea bioetanolului. Pentru producerea unei tone de etanol sunt necesare 3-4 tone de material lemnos uscat sau ierbos. Estimrile efectuate demonstreaz c anual n lume se pierd n jur de 79,9 milioane tone de materie uscat al crei potenial de producere este de 441 miliarde litri de bioetanol. Conform afirmrilor Asociaiei Europene a Industriei din Biomas , n Europa un potenial semnificativ de producere a bioetanolului poate fi bazat pe sorgul zaharat. n prezent Republica Moldova nu are experien de utilizare a etanolului ca biocombustibil. Exist doar unele ncercri de producere i exploatare a transportului auto. ns posibilitile de producere a acestui combustibil lichid sunt mari, fr a afecta sutuaia culturilor alimentare. Conform afirmrilor, n prezent n republic sunt 877,6 mii ha (34% din suprafaa terenurilor arabile) de terenuri erodate, din care 144 mii ha n zonele de centru i sud-puternic erodate. Aceste terenuri ar putea fi folosite pentru cultivarea sorgului zaharat, care ar asigura o recolt de 14,4 mil. tone de biomas, din care s-ar obine 400 mii tone de bioetanol.

4. SORGUL ZAHARAT-MATERIA PRIM PENTRU BIOCOMBUSTIBILI

Sorgul zaharat (sorghum saccharatum) provine din Africa de Nord i de Est (Etiopia, Sudan), unde se cultiv din secolele IV III . p.e.n. . Astzi sorgul zaharat se cultiv de asemenea n America de Sud i de Nord, n Australia, Europa, inclusiv Rusia, Romnia, Italia, Frana, Moldova. Cultura sorgului s-a extins foarte repede dup 1950, odat cu crearea hibrizilor de mare productivitate. Sorgul ocup locul al patrulea n clasamentul culturilor la nivel mondial dup orez, gru i porumb. Datorit rezistenei la secet i productivitii nalte, chiar i pe soluri puin fertile i erodate, sorgul a cunoscut o rspndire lar-g practic pe toate continentele, n cca 100 de ri ale lumii. Avnd o rdcin puternic i proprietatea aparatului foliar de evaporare minim, aceast plant, pentru formarea 1kg de substan uscat, consum 211 litri de ap, pe cnd lucerna 858, ovzul 635, grul 505, sfecla 495 i porumbul 372 de litri. n Republica Moldova sorgul are o rspndire mai larg n cultur ncepnd cu anii 1980-1988. Selecionatorii Insti-tutului de Cercetri tiinifice pentru Porumb i Sorg au elaborat doi hibrizi de sorg zaharat (Porumbeni-4 i Po-rumbeni-5) cu o productivitate a biomasei de 80-100 t/ha i un coninut de zahr n sucul din tulpini de 12-16% . Dat fiind recolta nalt a sorgului zaharat, de pe 1 ha pot fi obinute 40-60 t de suc, din care dup distilare se capt 3-5 t de bioetanol i 32-35 t de mas vegetal. Din ultima, dup o prelucrare corespunztoare (hidroliz, fermentare), se poate obine suplimentar etanol, pn la 6000 m de gaz metan i cca 10 t de ngrminte organice. Din masa stoars (bagas) se poate obine de pe 1 ha pn la 12...15 t de pelete sau brichete. Astfel, potenialul energetic al 1 ha cultivat cu sorg zaharat constituie peste 300 mii MJ, ceea ce este echivalent cu 10 t de carburant convenional. O alt particularitate important a sorgului zaharat este cea ecologic. S-a constatat, c n procesul de fotosintez plantele de sorg zaharat pot absorbi pn la 55 t de CO2 la 1 ha, emannd respectiv 45-50 t de O2 - de 2 ori mai mult dect de pe suprafaa respectiv de pduri conifere, de 5-6 ori de pduri foioase i de 6-7 ori mai mult dect de pe 1 ha de porumb . Avnd n vedere cele expuse, sorgul zaharat poate deveni pentru Republica Moldova o cultur strategic din punct de vedere energetic, ecologic i economic.

Alcoolii precum etanolul sau metanolul au fost i mai sunt nc utilizai n stare pur sau amestecai n proporii ridicate n benzin, utiliznd motoare special adaptate. Etanolul i derivaii si oxigenai pot fi utilizai n proporii slabe drept carburant adiional sau aditivi n benzin. Acest mod de utilizare este raional deoarece avantajele i constrngerile nu mai sunt aceleai ca la utilizarea n proporii ridicate.

Utilizarea compuilor oxigenai n proporii ridicate Compuii oxigenai pot fi utilizai n motoarele cu aprindere prin scnteie n stare pur sau n amestec n proporii ridicate n benzin. rile care acord o atenie deosebit acestei utilizri sunt: Brazilia, Statele Unite, Suedia i Frana. n Statele Unite i n Suedia se utilizeaz amestec de alcool etilic obinut din biomas cu benzin n proporii de 85% (E85) sau 95% (E95). Ford i General Motors prezint n catalog variantele de automobile motorizate pentru consumul acestor combustibili. Automobilele pot funciona cu benzin pur sau cu amestec alcool - benzin, ele sunt echipate cu captoare pentru analiza compoziiei gazelor de evacuare pentru a efectua reglajele necesare unei alimentri corecte. Msurarea emisiilor la un autoturism Ford Taurus alimentat cu amestec alcool - benzin au indicat o diminuare a emisiilor de NOx de la -20 la -40%, a benzenului de la -70 la -90% i a emisiilor toxice cancerigene de la -55 la -65%. Consumul de combustibil de 1,3 litri E85 pentru 1 litru de benzin. n Brazilia s-au dezvoltat sistemele de alimentare a autovehiculelor cu etanol pur hidratat (95,5 GL) avnd o cifr octanic COR 130 i o putere caloric inferioar de 24803 kJ/kg. n aceste condiii motoarele sunt special adaptate ele ajungnd la un raport de comprimare de 12,7 pentru a compensa diferena de putere caloric dintre alcool i benzin. n zece ani, din 1980 pn n 1991, Brazilia a produs mai mult de 5 milioane de autovehicule funcionnd cu alcool. n 1995, parcul de autovehicule funcionnd cu etanol era de 4,3 milioane autovehicule.n Frana i Suedia este aplicat la motoarele Diesel pentru autobuze alimentarea cu alcool etilic hidratat (95 GL) i aditivat pentru mbuntirea cifrei cetanice.

Utilizarea compuilor oxigenai n proporii reduse n Statele Unite i n Frana, dup 1978 s-au realizat cercetri care au evideniat faptul c bioetanolul poate fi ncorporat n benzin n proporii volumice de 5 la 10% fr s se afecteze construcia i performanele motorului. n Frana amestecul de alcool n benzin este reglementat i autorizeaz ncorporarea compuilor oxigenai n limitele volumice a 3 la 15% n funcie de natura compuilor oxigenai; maxim 5% pentru etanol i 15% pentru eteri. n Statele Unite ncorporarea unor compui oxigenai este reglementat la 3,7% masic, ceea ce corespunde unui procentaj volumic de 10%. Amestecul benzin - etanol poart denumirea de gazohol. Brazilia practic pe scar larg amestecul etanol anhidru (99,3% GL, putere caloric 26808 kJ/kg) n benzin pn la 22%. Motoarele utilizate au rapoarte de comprimare de 8,7 - identice cu cele care utilizeaz numai benzin. n 1995, parcul de autovehicule care circul cu acest tip de amestec era de 9,5 milioane.

Criteriile de utilizare a etanolului i eterilor Adaosul de compui oxigenai n benzin mbuntesc cifra octanic. ncorporarea unui procentaj volumic de 5% de etanol determin creterea cifrei octanice a amestecului (COR) cu 1,2 uniti n timp ce pentru a obine aceeai cifr octanic trebuie adugat o cantitate dubl de ETBE (10%).

Pe lng mbuntirea cifrei octanice, compuii oxigenai aduc i un aport de oxigen n camera de ardere care conduce la o ardere mai complet a amestecului aer-combustibil.

Pentru a elimina fenomenul de separare a etanolului de benzin, etanolul utilizat trebuie s fie anhidru sau s aib un coninut maxim de ap de 3000 ppm. Separarea etanolului duce la pierderi energetice i diminuarea cifrei octanice mbuntite datorit alcoolului.

Bilanul energetic Comisia consultativ pentru carburanii de substituie CCPCS (Commission Consultative pour les Carburants de Substitusion) a stabilit n anii 1990 - 1991 bilanul energetic pentru filierele de producie i utilizare a compuilor oxigenai iar n anii 1995 - 1996 s-a realizat un ecobilan comparat ntre aceste filiere. Randamentul energetic principal este utilizat pentru a arta capacitatea de a economisi i substitui energia fosil.

Dac se fac cteva comparaii se pot trage concluzii interesante. Dac se consider c pentru obinerea de energie fosil consumul de energie este o unitate, la producia bioetanolului pornind de la gru consumul energetic este de 1,15 uniti i de 1,65 uniti dac materia prim este sfecla de zahr, n regiunile cu cele mai bune randamente i fr s se in seama de coprodui. n cazul lurii n considerare a tuturor produselor obinute la folosirea bioetanolului (paie, deeuri, pulpe), randamentul va fi urmtorul:

Pentru o cheltuial de energie total de o unitate, energia total obinut cu ansamblul de produse este de 3,4 uniti pentru gru, de 2,4 uniti pentru sfecla de zahr (pentru aceleai regiuni) i de 1,4 uniti pentru ETBE. Comparativ, bilanul energetic pentru benzin este de 0,74 la 0,84 sau mai mic. n cazul ecobilanului, relaia este urmtoarea:

Consumul de energie primar este stabilit faz cu faz pentru producia de etanol i urmat de esterificare. Randamentele R1, R2 pentru diveri biocombustibili sunt prezentate n tabelul 3.8. Bilanul energetic la producerea etanolului este mai mare de 1, aceasta semnificnd faptul c la obinerea produsului consumurile de energie sunt inferioare energiei coninute n produsul obinut. Bilanul energetic al ETBE este inferior valorii 1 (Ecobilan), aceasta datorit consumului de izobuten de origine fosil folosit n procesul de sintez. Acest bilan este mai favorabil cu 27% fa de bilanul energetic al MTBE. Aceasta se datoreaz faptului c etanolul conine energie regenerabil i c n procesul tehnologic se consum o cantitate mai mare de izobuten.

Bilanul de mediu Principalul interes n utilizarea compuilor oxigenai l constituie reducerea emisiilor de CO, hidrocarburi i mai ales a celor nemetanice (benzen i 1,3 - butadien) din gazele de evacuare ale motoarelor cu ardere intern. Utilizarea biocarburanilor este nc puin valorificat deoarece n acelai timp are loc o reformulare a benzinei. Se prevede o optimizare a formulrii benzinei care va permite o reducere a polurii vehiculelor vechi dar i a vehiculelor cu catalizator. Aceast optimizare prevede o ncorporare de 1015% volumice de compui oxigenai de tipul ETBE , care prin cifra octanic ridicat fac posibil reducerea concentraiei emisiilor , substanelor aromatice i a benzenului.Programul european de reformulare EPEFE (European Programme on Emissions, Fuels and Engine Technology) i programul american Autp/Oil (Air Quality Improvement Program : AQIRP) au testat numeroi combustibili reformulai, rezultatele fiind prezentate in tabelul urmtor.

Cap 3 - Concluzii, avantaje, dezavantaje.

n ultimii 10-15 ani s-a nregistrat o majorare esenial a utilizrii bioetanolului ca combustibil alternativ pentru transportul auto. Acest fenomen se datoreaz unor avantaje ale bioetanolului ca combustibil, i anume: - reduce emisiile gazelor cu efect de ser cu 35-45% i mai mult; - sunt disponibile cantiti mari de materie prim pentru producerea bioetanolului; - preul de cost al etanolului, n multe cazuri, competitiv cu cel al combustibilului fosil;

Majoritatea absolut a mijloacelor tehnice autopropulsate utilizate n economia mondial i naional, cu excepia numrului relativ mic al mijloacelor cu acionare electric, sunt dotate cu motoare cu ardere intern (MAI). Pentru asigurarea funcionrii MAI, n Moldova anual sunt importate peste 200 mii t de benzin i 350 mii t de motorin, cu un cost de peste 340 mil. dolari SUA, ceea ce constituie 55% din costul surselor energetice importate sau 10% din PIB-ul rii. nlocuirea benzinei i motorinei cu biocombustibilii de origine autohton permite soluionarea problemelor economice, ecologice, politice i sociale prin: - Majorarea securitii energetice a rii; - Reducerea emisiilor gazelor cu efect de ser; - Crearea unor locuri noi de munc n economia naional;- Majorarea rentabilitii ntreprinderilor autohtone, in-clusiv a celor mici i mijlocii. Este bine cunoscut c benzina poate fi nlocuit cu alcoolii monoatomi (metanol, etanol, butanol).

CONCLUZII

1. Analiza experienei mondiale demonstreaz c la momentul actual, pe piaa surselor energetice cei mai solicitai sunt biocombustibili solizi (sub form de brichete i pelete), lichizi (amestecuri etanol + benzin, esteri ai acizilor grai + motorin). Se depun eforturi mari pentru elaborarea i implementarea tehnologiilor de producie industrial a alcoolilor monoatomi (etanol, butanol) din celuloz (biocombustibil de generaia a doua). 2. Dei din alcoolii monoatomi metanolul este cel mai ieftin, din cauza unor caracteristici specifice eseniale ale lui, n primul rnd a toxicitii nalte, este mai eficient de esterificat metanolul i de utilizat esteri n amestec cu benzin. Preul ridicat al esterilor metanolului permite utilizarea lor doar n cantiti mici i numai pentru majorarea cifrei octanice a benzinei. 3. Tehnologiile de producere i utilizare a biocombustibililor practicate n alte ri, pentru implementarea lor n economia Moldovei necesit adaptri la condiiile tehnice, economice i sociale locale, pregtirea cadrelor, crearea unui serviciu de mentenan tehnic. Pentru aceasta este nevoie de investiii mari de lung durat. Lund n consideraie importana strategic a bioenergeticii pentru Republica Moldova, se prezint, ca fiind mai eficient elaborarea de ctre specialitii autohtoni a unor tehnologii de producere i utilizare a biocombustibililor, bazate pe materia prim i condiile locale, cu folosirea celor mai performante uniti tehnice de completare din strintate. Soluionarea acestei probleme de importan strategic reclam, nainte de toate, realizarea unui complex de lucrri de cercetare-inovare. 4. Conform estimrilor experilor strini i autohtoni, sorgul zaharat poate deveni pentru economia mondial o cultur strategic din punct de vedere energetic, ecologic, economic. Pentru implementarea pe scar larg a sorgului zaharat n sectorul agroalimentar autohton este necesar de efectuat un complex de lucrri de cercetare-inovare pentru adaptarea tehnologiei de recoltare-procesare a sorgului la condiii locale.

BIBLIOGRAFIE

[1]. . . hiinu, 2008,-155c. [2]. .. .. - . , 20-22 2004-, c.198-200 [3]. Moldova studiu privind sectorul energiei regenerabile (Biomasa), Raport final, 2002. [4]. Arion V., Bordeianu ., Bocneanu ., Captelea ., Drucioc S., Cherman C., Biomasa i utilizarea ei n scopuri energetice, 2008, 268p. [5]. Hbescu I. i alii.Energie din biomas: tehnologii i mijloace tehnice, Chiinau: Bons Offices, 2009.-368 p. [6]. Hbescu I., Cerempei V. Potenialul energetic al masei vegetale din agricultura Republicii Moldova. In: Materialele conferinei in-ternaionale Energetica Moldovei-2012, Chiinu, 2012. [7]. .., .., -. .: , 1979-152. [8]. .., .., .. . . [9]. Carlos Coelho de Carvalho Neto. D. O. Schulte, Carlo Baldelli, P. Yappoli, Gareth Ellis et. all Program, CPR/88/053, Chine, Shenian, 2002. [10].Lowus S. O., Devote R.S. Exhaust emission from a single cilinger engine fueled with gasoline, methanol and ethanol.- Combustion Science and technology, 12, 1976, pp. 177-182. [11].Schaffrath M. Alternativkraftstoff and nenartige Autricbssystem fur Kraftfahrzebge. MTZ, 1975, 36, N6, pp.181-186. [12].Schaffrath M. Nichtkonventionellt Energiessystem. MTZ, 1974, 35, N10, pp. 325-332.[13]. Manea Gh., Georgescu M. Metanolulcombustibil neconvenional, Editura Tehnic, Bucureti, 1992-84p. [14]. . ., .. - .- .: - - , .2. , . , 1977, . 299-312 [15]. Butanol fuel from Wikipedia, the free encyclopedia. [16]. http://www.bpdupontbiofuels.com. [17]. Gheorghior M. Carburani, lubrifiani i materiale auto special. Editura Paralela, Bucureti, 2003-323p. [18]. .. .. - . - , 20-22 2004-, c.198-200. [19]. Direction general for Energy (DG XVIII). Energy in Europe. Eu-ropean Energy to 2020. A scenario approach. Special ISSUE- Spring 1996. [20]. Livre vert sur la scurit de lapprovisionnement en nergie. Do-cument technique, Commission Europeenne. [21]. Todos P., Sobor I., Ungureanu D. i al. Energia regenerabil: studiu de fezabilitate Chiinu, 2002.-158 p. [22]. Wind Energy- the Facts, European Commission, EWEA, 1999. [23]. Etheridge D.M., Steele L.P., Langenfelds R.L. & Francey R.J. Historical CO2 record from the Law Dome DE08, DE08-2, and DSS ice cores. In Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak RidgeNational Laboratory U.S. Department of Energy, Oak Ridge, Tenn. U.S.A. (1998) [http.//cdiac.esd.ornl.gov/trends/co2/lawdome.html]. [24]. .. . , -, - , 20-22 - , 2004.-c.209-211. [25]. Moldova studiu privind sectorul energiei regenerabile (Biomasa), Raport final, 2002. [26]. Arion V., Bordeianu ., Bocneanu ., Captelea ., Drucioc S., Cherman C., Biomasa i utilizarea ei n scopuri energetice, 2008, 268p. [27]. Green Dreams J.K. Bourne JR, R. Clark National Geographic Magazine October 2007 p.41. [28]. Brochure 5 Bioethanol low Bioethanol Production and Use. Creat-ing Markets for Renewable Energy Technologies EU, RES Technol-ogy Marketing Campaign, European Biomass Industry Association EUBIA 4/2007, page 12. [29]. Eric Kroh (August 2008). FFVs flourish in Sweden. Ethanol Pro-ducer Magazine. http://www.ethanolpro-ducer.com/article.jsp?article_id=4463. Retrieved on 2008-08-22. [30]. Bioethanol: http: www.eubia.org. [31]. A comparative analysis of biofuels, Gas-to-liquids and coal-to-liquids. Energy charter Suritariat, 2007. [32]. . . o , Agricultura Moldovei, nr. 1, 2000, -p.16-19.