211service.com
Biodīzeļdegviela: jauns veids, kā augus pārvērst degvielā
Eko-sapņotāji jau sen ir cerējuši uz veidu, kā braukt apkārt, neveicinot globālo sasilšanu, taču alternatīvo degvielu tehnoloģiju lēnais progresa temps ir neļāvis īstenoties šim redzējumam. Tagad daudzsološs jauns process, ko izstrādājuši Viskonsinas universitātes pētnieki un kas izklāstīts rakstā, kas parādījās žurnālā Zinātne 2. jūnijā, varētu būt nozīmīgs solis ceļā uz šī sapņa pārvēršanu realitātē.
Rakstā ir aprakstīts jauns veids, kā ražot biodīzeļdegvielu, kas izgatavota no augu izcelsmes materiāliem. Tradicionālajā biodīzeļdegvielas rafinēšanā izmanto tikai augu taukskābes, kas parasti veido mazāk nekā 10 procentus no žāvēto augu masas. Tā vietā, lai pārveidotu tikai taukus, šī jaunā metode sola visu žāvēto augu materiālu, tostarp saknes, stublājus, lapas un augļus, pārvērst biodīzeļdegvielā vai siltumenerģijā.
Etanols, vispopulārākā un komerciālākā biodegviela, jau sen ir rafinēts no augu izcelsmes materiāliem, taču tas prasa dārgu, energoietilpīgu soli, destilējot no šķīduma katru ūdens molekulu. Turpretim jaunais biodīzeļdegvielas process ir balstīts uz ūdens fāzes reakcijām, kurām nav jāiziet dārgā destilācijas fāze.
Lielākais sasniegums, ko mēs varam piedāvāt, ir šī destilācijas procesa trūkums, saka Džordžs Hūbers, viens no darba autoriem un Viskonsinas universitātes absolvents, kurš drīzumā mācīs Masačūsetsas Universitātē Amherstā. Tas nozīmē, ka mūsu process ir eksotermisks. Citiem vārdiem sakot, tam nav nepieciešams daudz papildu enerģijas. Un tas ir svarīgi, jo lielākās izmaksas pašreizējā biodegvielas pārstrādes procesā ir enerģija.
Jaunā metode ir sadalīta četrās daļās. Pirmkārt, apstrādātas biomasas plūsmu, kas sastāv no ūdens un cukuriem, padod pa niķeļa-alvas katalizatoru, lai atdalītu dažus ūdeņraža atomus. Pēc tam straumi apstrādā ar skābēm, kas izvada lielāko daļu ūdens. Pēc tam iegūtā svece tiek transportēta uz cietas bāzes katalizatora, kas veido to garās oglekļa ķēdēs, ko sauc par alkāniem. Visbeidzot, šie alkāni tiek izvadīti caur platīna-silīcija dioksīda-alumīnija oksīda katalizatoru augstās temperatūrās, savukārt ūdeņradis no pirmā posma tiek ievadīts reaktorā. Iegūtajam šķidrumam ir gandrīz tāda pati ķīmiskā struktūra kā tradicionāli rafinētai biodīzeļdegvielai, un tas deg tāpat kā dīzeļdzinējos. Un vienīgie blakusprodukti ir ūdens un siltums.
Ja procesu var palielināt līdz rūpnieciskam līmenim, tas varētu būt nozīmīgs solis ceļā uz tādas transporta degvielas izveidi, kas deg salīdzinoši tīri, neveicina globālo sasilšanu un nodrošina ASV lauksaimniekiem miljardus dolāru jaunus ienākumus.
Saskaņā ar vadošā biodegvielas uzņēmuma Pacific Ethanol valdes priekšsēdētāja Bila Džounsa teikto, naftas nozare pašlaik uz jauno biodegvielas nozari raugās ar bailēm, nevis ar to pieņemšanu.
Bet galu galā viņi parādīsies, viņš saka. Viņi sapratīs, ka šī nav tikai konkurence, tas ir pilnīgi jauns tirgus, kurā viņiem iekļūt.
Viņš norāda, ka arī Brazīlijas naftas rūpniecība pretojās valdības mēģinājumiem veicināt biodegvielu, taču tagad tā ir liela atbalstītāja – vairāk nekā puse Brazīlijas naftas importa ir aizstāta ar biodegvielu (sk. Tehnoloģiju apskats aprīļa vāka stāsts par idejām, kas maina pasauli).
Tomēr citi nav jāpārliecina. Čārlzs Vaimans, izcilais profesors Dartmutas koledžā Hannoverē, NH, kura specialitāte ir celulozes biomasas bioloģiskā pārvēršana etanolā un citos produktos, saka, ka šī jaunā metodoloģija varētu dot biodīzeļdegvielai cīņas iespēju gūt panākumus komerciālajā tirgū, ļaujot ražotājiem etanols vai biodīzeļdegviela.
Kad esat sadalījis visus augu materiālā esošos cukurus, vienīgā iespēja, kas mums bija iepriekš, bija etanola pagatavošana, saka Vaimens. Tas piedāvā vairāk iespēju.
Nākotnē viens ražošanas centrs pēc biomasas rafinēšanas cukuros varētu ražot biodīzeli vai etanolu atkarībā no tirgus pieprasījuma. Tomēr Vaimens arī norāda, ka ekonomiskā cīņa ne vienmēr ir uzvarēta.
Galu galā tā ir cena degvielas uzpildes stacijā, kur šīs tehnoloģijas uzvar vai zaudē, nevis laboratorijā, viņš saka.
Lai nodrošinātu, ka gan biodīzeļdegviela, gan etanols kļūst konkurētspējīgāki tirgū, Vaimens saka, ka ir nepieciešams būtisks sasniegums, lai dīzeļdegvielu vai citus produktus, piemēram, etanolu, ražotu konkurētspējīgus no cukuriem. Pēc viņa teiktā, sasniegumi šajā jomā varētu pārspēt benzīna vairumtirdzniecības cenas.
Un daži uzskata, ka izrāviens ir pie apvāršņa. Nacionālo atjaunojamās enerģijas laboratoriju un privāto uzņēmumu, piemēram, Iogen un Novozymes, pēdējo divu gadu sasniegumi fermentu tehnoloģijā ir būtiski samazinājuši celulozes pārveidošanas izmaksas, kas ir vilinoši tuvu tam, lai padarītu visu sistēmu ekonomiski konkurētspējīgu ar lētu gāzi.
Jaunais process, ko izstrādā Viskonsinas Universitātes ķīmijas un bioloģiskās inženierijas profesors Džeimss Dumesiks un Hubers, palīdzēs samazināt šīs izmaksas, ierobežojot atkritumu daudzumu, jo viņu sistēmā var ievadīt jebkura veida augu vielas. Atšķirībā no pašreizējām etanola pārstrādes rūpnīcām, kuras var strādāt tikai ar materiāliem ar augstu glikozes saturu, piemēram, kukurūzu, šajā procesā iegūtajā biodīzeļdegvielā tiek izmantota jebkura auga celuloze, saknes un stublāji.
Tas nozīmē, ka var izmantot Amerikas plašās lauksaimniecības nozares atkritumu biomasu — var izmantot visu, sākot no kukurūzas katla (auga kātiem un lapām) līdz zemesriekstu čaumalām un kritušām lapām. Nesenā ASV Lauksaimniecības departamenta pētījumā (skatīt piezīmju grāmatiņu) tika lēsts, ka katru gadu tiek saražoti vairāk nekā 1,3 miljardi tonnu šādu atkritumu. Ja to visu pārvērstu par biodīzeļdegvielu, tas nodrošinātu pietiekami daudz degvielas, lai aizstātu vienu trešdaļu no Amerikas Savienotajās Valstīs patērētās naftas. Turklāt, pārvēršot pašlaik neizmantoto lauksaimniecības zemi zālaugu platībā, ko novākt biodīzeļdegvielas ražošanai, viegli tiktu nodrošinātas pārējās divas trešdaļas no naftas vajadzībām.
Tas, protams, nozīmē, ka vēl viens šādas pārveides ieguvējs būtu ģimenes lauksaimnieki, norāda Pacific Ethanol’s Jones. Etanola pārstrādes rūpnīcas, kas pieder lauksaimnieku kooperatīviem, jau piegādā lielāko daļu ASV etanola ražošanas, un biodīzeļdegvielas pārstrādes rūpnīcas varētu veidot pēc tās pašas programmas.
Tomēr šī jaunā procesa uzlabošana ir tikai pirmais solis ļoti ilgajā procesā, lai valsti pārveidotu par biodīzeļdegvielas valsti. Lai tas notiktu, visam ASV komerciālo automobiļu parkam, protams, būtu jāpāriet no iekšdedzes dzinējiem uz dīzeļdzinējiem; taču šis solis varētu būt pievilcīgs, jo jaunie dzinēji radītu mazāku piesārņojumu (biodīzeļa transportlīdzekļi radītu daudz mazāk piesārņotāju, piemēram, sēra un slāpekļa oksīdu).
Šādas izmaiņas ASV transporta infrastruktūrā nenotiks ātri. Visticamāk, biodīzeļdegvielas ražošana sāksies lēni, pēc tam pieaugs līdz rūpnieciskam mērogam, ja tā būs konkurētspējīga ar dīzeļdegvielu un benzīnu.
Tomēr Hubers uzskata, ka viņa komanda ir spērusi lielu soli, lai izmantotu vienu no pasaulē visizplatītākajiem, taču vismazāk izmantotajiem enerģijas resursiem.
Ja tas ir veiksmīgs, viņš saka, es varu teikt, ka es palīdzēju pārveidot mūsu biomasas resursus, lai darbinātu mūsu transporta sistēmu.