Naš sajt do sada je posetilo ukupno 10702. posetilaca .Vi ste danas 67. posetilac  

Etanol-gorivo budućnosti

 Šta je to etanol?

    Iako postoji mnogo različitih alkohola, čije karakteristike se znatno razlikuju, kod nas je reč alkohol sinonim za etanol, odnosno etil-alkohol. To je bezbojna, prozirna, isparljiva i zapaljiva tečnost karakterističnog mirisa. U malim količinama etanol daje im slatkastu aromu, ali u većim koncentracijama “pali” usta i stomak. On je glavni, opijajući sastojak alkoholnih pića. Pored toga, on je i snažan rastvarač, pa se kao takav koristi u hemijskoj industriji.

 

Etanol je najvažniji predstavnik velike grupe organskih jedinjenja koja se opštim imenom zovu alkoholi. Odlika ove grupe jedinjenja je da obavezno sadrže jednu ili više tzv. Hidroksilnih, odnosno OH grupa (O - kiseonik, H - vodonik) vezanih za atom ugljenika. Atomske grupe koje su zakačene za preostale tri veze ugljenikovog atoma suštinski određuju karakteristike alkohola. Hemijska formula etanola je CH3CH2OH .

 

Etanol je rastvorljiv u vodi i to u svim odnosima. To ga čini vrlo pogodnim za upotrebu hemijskoj industriji za proizvodnju rastvarača, boja, parfema i eksploziva. Takođe, mnogo se koristi i u farmaceutskoj industriji. Rastvori neisparljivih supstanci u etanolu nazivaju se tinkture, a rastvori isparljivih supstanci zovu se spirit ili špirit. Ipak, upotreba etanola je najrasprostranjenija u prehrambenoj industriji, tj. u proizvodnji alkoholnih pića.

 

Proizvodnja alkoholnih pića ima hiljadama godina dugu istoriju. To je jedan od najstarijih proizvodnih procesa kojim je čovek ovladao i u osnovi se nije promenio do današnjih dana. Proces proizvodnje etanola, kao goriva iz biomase, odigrava se na isti način. Suština procesa je u tzv. fermentaciji, odnosno anaerobnoj egzotermnoj reakciji koju generiše enzim iz kvasca ili sličnih gljivica, tokom koje se prosti šećeri prevode u etanol i ugljendioksid, npr.:

C6H12O6 = 2CH3CH2OH + 2CO2

 Ova reakcija je u stvarnosti dosta složena i odigrava se preko lanca sukscesivih reakcija, a pored dva osnovna produkta nastaju i sporedni produkti (glicerin, neke kiseline i sl.) zavisno od sastava kvasca i načina dobijanja šećera. Šećer koji se fermentiše dobija se iz različitih izvora: voća, kukuruza, raznih žitarica, krompira, šećerne trske, šećerne repe i ostalog biljnog materijala, pa se, u zavisnosti od toga, razlikuju prethodni procesi dobijanja prostih šećera. Proces će biti objašnjen na primeru kukuruza koji, uz šećernu trsku, predstavlja najvažniju sirovinu za dobijanje etanola kao goriva.

 Proizvodnja etanola iz kukuruza ima mnogo faza. Zrna kukuruza sadrže obilje skroba koji se pre reakcije fermentacije mora razložiti na proste šećere. To se postiže kuvanjem kukuruza uz dodatak enzima alfa-amilaze i gluko-amilaze koji funkcionišu kao katalizatori, čime se ubrzava reakcija. Slična reakcija dešava se i u ustima kada, pod uticajem enzima iz pljuvačke, otpočinje varenje skroba. Skrob se razlaže u šećer tokom nekoliko reakcija, kada nastaju različiti složeni šeceri – međuprodukti, između ostalih, i maltoza i dekstroza. Zato se na anglosaksonskom govornom području ovaj proces zove malting. Posle toga sledi proces fermentacije. Procesom fermentacije može se proizvesti etanol u koncentraciji od nekoliko procenata do maksimalno 14%, posle čega nastali etanol uništava enzim i fermentacija prestaje. Zato se za dobijanje većih koncentracija etanola mora koristiti i proces destilacije. Ovim procesom se može izdvojiti etanol maksimalne koncentracije do 96%, dok ostalih 4% čini voda. Čist etanol se ne može dobiti samo destilacijom, već je za to potrebno primeniti i proces dehidratacije uz upotrebu odgovarajućih supstanci za odvajanje preostale vode.

 

 Za dobijanje čistog etanola može se koristiti i acetiladehid koji se dobija iz acetilena, odnosno etilena dobijenog iz nafte. Takođe, razvijen je i postupak dobijanja etanola iz celuloze. Usavršavanju ovog postupka poklanja se velika pažnja, jer se time omogućava korišćenje i ostalog biljnog materijala ili biljnog otpada iz raznih industrijskih postupaka.

Iako je proces proizvodnje etanola u osnovi poznat već hiljadama godina, njegova efikasnost je danas znatno povećana, i pri tome se prakticno postiže poptuno iskorišćenje svih međuproizvoda. U industrijskoj proizvodnji koriste se dva slična postupka: suvo i vlažno mlevenje. Ovi procesi se razlikuju u početnoj preradi zrna kukuruza, pa je u kasnijim fazama prerade pored etanola moguće izdvajanje različitih proizvoda. Suvo mlevenje se češće primenjuje, jer je tehnologija nešto jednostavnija i zahteva manja ulaganja u postrojenja za preradu, ali se zato dobija manja količina sporednih proizvoda koji se dalje koriste u industriji. U takve proizvode spadaju kukuruzno ulje, različite vrste stočne hrane i ugljendioksid. Inače, etanol koji se koristi kao gorivo ili u industriji obavezno se denaturiše dodavanjem oko 5% neke otrovne supstance (benzin i sl.) kako bi se sprečila njegova upotreba za proizvodnju alkoholnih pica.

 U upotrebi su različite mešavine etanola i benzina. Kakav je odnos mešanja sa benzinom eksplicitno se vidi iz oznake goriva. E je oznaka za etanol, a brojni podatak označava procentualni zapreminski udeo etanola u gorivu. Često uz slovo E stoji i oznaka d što znači denaturisani etanol, tj. etanol koji nije za piće. Kada se govori o etanolu kao gorivu, onda se najčešće misli na smešu 85% etanola i 15% benzina, koja se označava sa E85. Ovo gorivo po specifikacijama odgovara za upotrebu u Otto motorima. Medutim, izmedu E85 i benzina postoje i neke značajne razlike, o čemu ozbiljno treba voditi računa. S obzirom da je etanol odličan rastvarač, pri konstrukciji sistema za napajanje motora gorivom (a isto važi i za sisteme pumpnih stanica) treba voditi računa o materijalima koji će biti primenjeni. U tom smislu apsolutno treba izbegavati aluminijum, cink, mesing, olovo i dr. Kada se aluminijum rastvori u etanolu može doći do oštećenja motora. Slično važi i za ostale metale koje etanol rastvara. Rad sa kontaminiranim gorivom može prouzrokovati naslage i havarije vitalnih elementa motora, odnosno pumpne instalacije. Slično važi i za nemetalne materijale. Etanol rastvara prirodnu gumu, poliuretan, plutu, polivinil-hlorid (PVC), poliamide i mnoge druge sintetičke materijale. Zato se za instalacije za napajanje etanolom od metala koriste prokron, bronza, gvožđe, a od nemetala fiberglas, veštačka guma (Buna-N, Neopren), polipropilen, viton, teflon i sl.  Ovakve mere predostrožnosti nisu potrebne kada se koriste mešavine goriva koje sadrže ispod 10% etanola. Druga važna osobina etanola je da je on, za razliku od benzina, dobar provodnik električne struje. Pri sagorevanju etanola ne nastaju naslage, tako da se na ventilima, čelu klipa i svećicama ne stvaraju talozi. Takođe, motorsko ulje se znatno manje prlja. U poređenju sa benzinom, etanol je manje isparljiv i stoga teže zapaljiv. Toplotna moć mu je osetno niža u odnosu na benzin zbog visokog sadržaja kiseonika. Latentna toplota isparavanja etanola je viša u odnosu na benzin, što se povoljno odražava na koeficijent punjenja motora, jer je, zahvaljujući tome, niža temperatura sveže smeše koja ulazi u cilindar, cime se donekle kompenzuje gubitak snage usled niže toplotne moći. Sa druge strane, visoka latentna toplota isparavanja znači da je gorivo manje isparljivo i da će se na nižim temperaturama javiti problemi sa startovanjem motora. Zato Američki standard predviđa tri gradacije goriva E85, zavisno od temperaturskih uslova. Praktično, isparljivost na nižim temperaturama se poboljšava dodavanjem veće količine benzina u mešavinu. Lošija isparljivost etanola čini ga bezbednijim za manipulaciju, jer je gorivo manje sklono upaljenju. Temperatura upaljenja etanola je viša u odnosu na benzin. Para etanola je teža od vazduha, pa se zadržava pri tlu. Takođe, kada se upali, etanol gori sporije, odnosno manje eksplozivno u odnosu na benzin. Ipak, generalno govoreći, etanol spada u vrlo zapaljive supstance, tako da su pri rukovanju etanolom i svim mešavinama etanola neophodne maksimalne mere predostrožnosti. Najveća prednost etanola i mešavina sa visokim sadržajem etanola je u tome što su to biorazgradiva goriva. Posledice eventualne kontaminacije vode i zemljišta su daleko manje i brže se saniraju nego u slučaju izlivanja benzina.

Osnovne fizičke karakteristike etanola u poređenju sa benzinom i mešavinom 85% etanola i 15% benzina (E85) . 

 

 Najvažnija prednost mešavina goriva na bazi etanola je u znatno povoljnijoj izduvnoj emisiji motora. Kancerogene supstance se ne nalaze u čistom etanolu. Ipak, s obzirom da se komercijalno primenjuju različite mešavine etanola i benzina, i ova goriva sadrže kancerogene supstance koje potiču od benzina, ali u znatno manjoj meri nego čist benzin. Pored toga, zbog niže isparljivosti goriva, niža je emisija iz rezervoara. Pri sagorevanju nastaje značajno manje nesagorelih ugljovodonika i oni potiču iz benzina sa kojim se etanol meša. Takođe, zbog velikog udela vezanog kiseonika, u gorivu sagorevanje je potpunije, pa nastaje manje ugljenmonoksida, CO. Emisija čestica je zanemariva, a emisija oksida azota, NOx je približno ista kao i u slučaju sagorevanja benzina. Emisija aldehida je veća pri sagorevanju etanola zbog visokog sadržaja vezanog kiseonika. Ipak, ova emisija se relativno lako može neutralisati u katalitičkom konvertoru koji je obavezan sistem na savremenim vozilima opremljenim Otto motorima. Značajno je da etanolska goriva sadrže minimalne količine sumpora, koji ima negativan efekat na rad uređaja za naknadni tretman izduvnih gasova.

 

 Poslednjih godina u žižu interesovanja došao je ugljendioksid, CO2, kao gas koji doprinosi nastanku efekta staklene bašte i globalnom zagrevanju. Ovaj gas nastaje kao regularan i neizbežan produkat sagorevanja. Nivo emisije CO2 iz nekog procesa sagorevanja zavisi od efikasnosti procesa, kao i od sastava goriva koje se koristi u procesu. Goriva sa većim udelom vodonika u molekulu oslobadace manje CO2. Međutim, doprinos sagorevanja nekog goriva nastanku efekta staklene bašte mora se sagledavati kompleksno, tj. kroz celokupni životni ciklus goriva. U tom pogledu etanol je u velikoj prednosti u odnosu na fosilna goriva, s obzirom da potiče iz biomase. Pošto biljke, od kojih se proizvodi etanol, u procesu fotosinteze koriste CO2, ukupan bilans CO2 je u procesu sagorevanja bioetanola jednak nuli, tj. biljke potroše jednaku količinu CO2 od one koja nastane procesom sagorevanja etanola. Pri tome su u razmatranje uključeni svi međuprocesi proizvodnje etanola. CO2 bilans sagorevanja etanola značajno zavisi od načina proizvodnje i vrste kulture koja se prerađuje. U svakom slučaju, ovaj bilans je znatno povoljniji u odnosu na sagorevanje fosilnih goriva, što ce u bliskoj budućnosti biti od velikog značaja za omasovljenje primene ovog goriva.

 Da bi se gorivo sa visokim sadržajem etanola (npr. E85) primenjivalo, na vozilu nisu potrebne velike modifikacije motora i vozila. Ipak, na standardnom vozilu sa pogonom na benzin nije moguće prosto primeniti etanolsko gorivo. Pored gore pomenutog problema sa rastvorljivošću pojedinih materijala u etanolu, zbog čega je potreban adekvatan izbor materijala za sistem za napajanje gorivom i karakteristične zaptivke, važno je naglasiti da etanol ima nižu toplotnu moć i drugačiju stehiomerijsku količinu vazduha. Tome je potrebno prilagoditi doziranje goriva u sistemu za obrazovanje smeše, kao i parametre sistema za paljenje. U slučaju karburatorskog motora to znači da treba izabrati odgovarajuće dizne za gorivo i vazduh, kako bi motor mogao da ostvari punu snagu. U slučaju primene sistema za ubrizgavanje, potrebno je da upravljačka jedinica prethodno bude programirana za drugačije parametre doziranja goriva i vazduha. Nekoliko proizvođača automobila je tržištu ponudilo tzv. FFV (Flexibile Fuel Vehicle) vozila, što znači da je za pogon vozila moguce koristiti ili benzin ili bilo koju mešavinu etanolskog goriva. Materijali od kojih je izrađen sistem za napajanje gorivom prilagođeni su upotrebi etanola, a upravljačka jedinica je programirana da, na osnovu informacije od odgovarajućeg senzora, prepozna koje je gorivo trenutno na raspolaganju i da tome prilagodi parametre doziranja goriva i vazduha, kao i parametre sistema za paljenje. Pri tome se koristi jedinstveni sistem za napajanje gorivom kao i jedinstveni rezervoar. Iako je toplotna moć etanola niža u odnosu na benzin, razvijena specifična snaga dobro optimiranih motora ovakvih vozila je približno ista, pa čak i nešto veća, zbog većeg koeficijenta punjenja i većeg indikatorskog stepena korisnosti motora. Prema proceni NEVC (National Ethanol Vehicle Coalition, USA) u 2003. godini u SAD je bilo oko 2 miliona ovakvih vozila, a etanol u prodaji goriva za vozila opremljena Otto motorima ucestvuje sa oko 12% (bilo kao dodatak bilo kao E85). Pojedine države forsiraju primenu ovih vozila u javnim službama, čime daju primer i potstiču stanovništvo na korišćenje etanola. U pogledu ponude FFV najviše se ističu VW – Brasil, i naravno, Ford – SAD, koji je ostao dosledan u promovisanju ideje svog osnivača. U svetu su u pogledu korišćenja etanola najdalje otišli Brazil i SAD, a u Evropi se u tom pogledu najviše ističe Švedska. Posebno je interesantno istaći da je u Švedskoj zaživeo program korišćenja etanola za pogon dizel motora za autobuse namenjene gradskom prevozu.

 Što se tiče naše zemlje, priča o korišćenju etanola kao pogonskog goriva za automobile još uvek je samo u domenu teorije. Iako je osamdesetih godina u tom smislu bilo nekoliko kvalitetnih inicijativa, kao i praktičnih pokušaja vrednih pažnje, sve je ostalo samo na papiru. Generalno gledano, velika je šteta što na nacionalnom nivou nemamo adekvatnu strategiju korišćenja biogoriva za motorna vozila, s obzirom da su i Evropa i SAD odavno sa time otpočele, a planiraju i omasovljenje primene takvih goriva. Takođe, naša zemlja ima ogromne poljoprivredne potencijale za gajenje kultura od kojih se kasnijom preradom dobija etanol ili biodizel. Pored toga, postoje i prilično veliki kapaciteti za preradu biljnog materijala, što naročito važi za proizvodnju etanola. Posebna pogodnost u tom smislu je mogućnost korišćenja biogoriva kao dodataka standardnim gorivima, što ne zahteva intervencije na motorima. To važi i za etanol i za biodizel. Opredeljenje za forsiranje korišćenja biogoriva je odluka koja se donosi na visokoj instanci, jer njeno sprovođenje zahteva kompleksne aktivnosti i koordinaciju među različitim sektorima, kao i usvajanje i sprovođenje odgovarajućih stimulativnih, odnosno poreskih mera. Rezultat treba da bude politika koja će na odgovarajući način stimulisati i proizvođače (poljoprivrednike i prerađivače), distributore goriva, kao i korisnike vozila.