ETANOL W ŚWIECIE W ASPEKCIE KIERUNKÓW UŻYTKOWANIA< SUROWCÓW I PRODUKTÓW UBOCZNYCH.
Światowa produkcja etanolu w: 2003 r. - 37,63 mld l; 2004 r. - 42,24 mld l
Światowi potentaci w produkcji etanolu ; produkcja roczna w mld l:
Brazylia - 14,5 (30 - 40% samochodów jeździ w Brazylii na czystym alkoholu)
USA - 10,6
Chiny - 3,09
Indie - 1,93
Główni producenci etanolu w krajach UE; produkcja roczna w mld l :
Francja - 800
Wlk. Brytania - 430
Niemcy - 295
Polska - ok. 240
Struktura wykorzystania światowej produkcji etanolu w 2003 r.:
70 % - biopaliwa
19% - cele spożywcze
11% - cele przemysłowe
Cele spożywcze 19%:
Napoje alkoholowe
Ocet spirytusowy
Wyroby cukiernicze
Cele przemysłowe:
Przemysł farmaceutyczny
Przemysł kosmetyków
Produkcja farb i lakierów
Syntezy organiczne
BIOPALIWA
Etanol odwodniony ( min. 99,5%)
Etanol 96%
Eteretylo-tert-butylowy ( ETBE) - jest ekwiwalentem dla benzyny napędowej
CH3 CH3
C2H5OH + CH2 = C → C2H5 - O - C - CH3
CH3 CH3
Reakcja w fazie ciekłej; temp. 60 -80oC; katalizator - Amberlyst 35
ZALETY:
zmniejszenie emisji CO, CO2 i SO2
wysoka liczba oktanowa etanolu i ETBE (pozwala na zmniejszenie zawartości węglowodorów aromatycznych)
stosowanie odnawialnych źródeł energii
wspomaganie rolnictwa
alk. Etylowy podwyższa liczbe oktanową - przeciw-zapłonową paliw. Im wyzsza tym lepiej - przy silnikach z zaplonem na iskre)
(bud. chemiczna: wegiel, tlen, wodór. tlen ulatwia spalanie, czynnik korzystny)
WADY:
większe zużycie paliwa i większa emisja NO2
wzrost prężności pary (uniemożliwia dodawanie niskowiążących, niearomatycznych frakcji węglowodanowych o dużych liczbach oktanowych; wzrost zawartości węglowodorów aromatycznych )
wiązanie wody
Mniejsza kaloryczność
Wady nie dotycza benzyn z dodatkiem ETBE
Perspektywy programów biopaliw : największy rozwój przewidywany w Europie
Surowce wykorzystywane do produkcji etanolu (biopaliw):
Struktura surowców stosowanych do produkcji etanolu w 2003 r.:
95 % fermentacja
64 % surowce cukrowe ( trzcina i burak cukrowy, owoce)
36 % surowce skrobiowe ( zboża, rośliny okopowe - ziemniaki)
5 % synteza chemiczna
Surowce zawierające cukier:
Sok z trzciny cukrowej 17 - 22%; łodyga 10 - 16%
Melasa z trzciny cukrowej 35 - 56 %
Melasa buraczana 39 - 57 %
Buraki cukrowe 13 - 20 %
Sok słodkiego sorgo 14 - 20%; łodyga 10 - 14 %
Owoce 4 - 30 %
Surowce skrobiowe:
Kukurydza 62 - 75 %
Pszenica 60 - 71 %
Jęczmień 52 - 65 %
Żyto 54 - 62 %
Sorgo 67 - 74,5 %
Ziemniaki 14 - 19 %; np. wódka LUKSUSOWA
Ryż 70 - 76 %
Surowiec zawierający inulinę - TOPINAMBUR; 13 - 18%
Koszt surowca stanowi 50 - 80 % kosztów produkcji etanolu!!!
Największą wydajność etanolu z 1 ha mamy z:
Buraka cukrowego - Francja
Trzciny cukrowej - Brazylia
Kukurydzy -USA
Największą wydajność etanolu z 1 ha Polska:
Burak cukrowy
kukurydza
ziemniak
pszenica
Największa wydajność z 1 tony surowca:
Kukurydza
Burak cukrowy
Trzcina cukrowa
Efektywność energetyczna surowców do produkcji etanolu:
- trzcina cukrowa
- Sorgo
- Burak cukrowy
Koszt brutto surowca w odniesieniu do 1 litra wytworzonego etanolu (szereg malejący):
Burak cukrowy
Kukurydza
Trzcina cukrowa
Stosowanie surowców LIGNOCELULOZOWYCH na skalę przemysłową rozpoczęło się dopiero w roku 2004 w Kanadzie. Drogą fermentacji odpadów surowcowych lignocelulozowych jak p. słomy roślin zbożowych, plewy, trociny, czy tez wytłoki z trzciny cukrowej i słodkiego sorgo - bagassa.
Przyczyny trudności w wykorzystaniu surowców lignocelulozowych do prod. etanolu:
złożoność procesu ( hydroliza, fermentacja heksozy, fermentacja pentoz, optymalna temperatura dla hydrolizy znacznie wyższa niż dla fermentacji)
struktura surowców lignocelulozowych utrudniająca dostęp
Surowce i metody stosowane w produkcji etanolu syntetycznego:
z węgła - kiedyś
z ropy naftowej - obecnie
Surowce stosowane do produkcji etanolu w wybranych krajach:
St. Zjednoczone - kukurydza
Wlk. Brytania - alkohol syntetyczny
Europa - zboża i ziemniaki
Brazylia - sok i melasa z trzciny
Chiny - trzcina cukrowa
Indie - melasa z trzciny
Polska - zboże 82%, ziemniaki 3%, melasa buraczana 15%
Kanada kukurydza, lignocelul.
Produkcja etanolu z kukurydzy lub pszenicy:
ZIARNO SUCHE → Mielenie
↓
enzym → Upłynniania
↓
enzym i drożdże → Scukrzanie i fermentacja ( LF lub SSF )
↓
Destylacja
↓
Odwadnianie Suszenie (wirowanie+suszenie)
↓ ↓
Etanol suszony wywar
ZIARNO MOKRE MIELONE
Ziarno → zawiesina
↓
Odkiełk/defibryl → olej
↓
Separacja glutenu → mączka glutenowa
↓
Enzym → upłynnianie
↓
Enzym → scukrzanie
↓
Drożdże → fermentacja
↓
Destylacja
↓
Odwodnienie suszenie
↓ ↓
Etanol pasza
WYWAR - można odwodnić za pomocą wirowania ( oddzielenie odcieku od ciasta).
Ciasto suszymy i otrzymujemy doskonały komponent paszowy natomiast
odciek można zawrócić. Wykorzystywany tylko w Ameryce Płn.
Sposoby zagospodarowania produktów ubocznych powstających w gorzelniach niezależnie od stosowania surowców i technologii:
Wywar
Pasza nawóz spalania wytwarzanie różnych produktów biodegradacja
Beztlenowa tlenowa
CO2
Ciekły CO2 Suchy lód
Oleje fuzlowe: funkcjonowanie
- alkohol izobutylowy
- Alkohol n-propylowy
- alkohole amylowe
Sposoby zagospodarowania bagassy:
Bagassa
Węgiel drzewny Energia cieplna Pasza Papier
Węgiel aktywny energia elektryczna dla przeżuwaczy
Podsumowanie!!!!
Światowa produkcja etanolu jest zdominowana przez Brazylię i USA - 2/3 produkcji glebowej.
W skali światowej etanol jest wykorzystywany przede wszystkim jako biopaliwo (w 70 % przy tendencji rosnącej).
Główne surowce stosowane w produkcji etanolu to sok i melasa z trzciny cukrowej oraz ziarno kukurydzy i zboża.
Paszowe wykorzystanie wywarów zbożowych w krajach poza Ameryką Płn. wymaga zbudowania rynku. Brak jednoznacznych perspektyw przy zagospodarowaniu wywaru melasowego.
Prace naukowe:
Enzymy, które są w stanie hydrolizować skrobię natywną - wyeliminowanie procesu kleikowania + jednoczesna fermentacja i scukrzanie
Badania nad mikroorganizmami odpowiedzialnymi za fermentację alkoholową
(obecnie wykorzystywane są głównie drożdże. Poszukiwane są drożdże odporne na wysokie stężenia alkoholu i cukru oraz alternatywne mikroorganizmy rekombinowane genetycznie oraz bakterie).