Efektywność biopaliw
pierwszej generacji

Cena [$]

Bilans

Energetyczny

Zmniejszenie

Emisji Gazów

Cieplarnianyc

h [%]

Etanol -

kukurydza

3,71

1,3

22

Etanol – trzcina

cukrowa

3,88

8

56

Etanol -

celuloza

?

≥2

91

Biodiesel

6,73

2,5

68

Efektywność biopaliw
pierwszej generacji



Legenda:



Cena – koszt wytworzenia energii

odp. jednemu galonowi benzyny lub
oleju napędowego



Bilans Energetyczny - stosunek

energii uzyskanej ze spalania do
energii zużytej na wytworzenie
tożsamej ilości energii

Energia z biomasy

•

Rośliny energetyczne: trawy, drewno,
uprawy rolne i wodne

•

Odpady rolnicze i leśne: trociny,
odpady powstające przy wycince lasów

•

Odpady przemysłowe i komunalne

•

Aktualnie pokrywa 12 % globalnego
zapotrzebowania na energię

•

w krajach „rozwijających się” – 40–50%

Energia biomasy



Bezpośrednie spalanie



Efektywność 10 - 30%



Alternatywne sposoby



produkcja paliw ciekłych



produkcja paliw gazowych



produkcja wodoru

Produkcja wodoru



Około 50 milinów ton w roku 2004



roczny wzrost produkcji 10%



Głównie jako surowiec chemiczny

Konwencjonalne metody
produkcji wodoru



Reforming metanu lub innych

węglowodorów parą wodną



Zgazowanie surowców kopalnych i

reforming z parą wodną



Elektroliza wody (80% koszty energii

– w technologiach proekologicznych –
energia wiatru)

Reforming metanu parą
wodną

CH4 + H2O ------ CO + 3H2

CO + H2O ----- CO2 + H2



Temperatura powyżej 850 °C



Wysokie zapotrzebowanie energii



Surowiec, który jest paliwem!!!

Gaz syntezowy



Mieszanina tlenku węgla i wodoru:



otrzymywany w wyniku reformingu metanu lub

zgazowania węgla parą wodną



niekiedy zawiera znaczne ilości azotu i niewielkie
CO2



surowiec podstawowy przemysłowych syntez

chemicznych:



amoniaku



metanolu



benzyny syntetycznej



innych

Zgazowanie paliw
kopalnych
i reforming parą wodną



W pierwszym etapie spala się węgiel

lub ropę naftową do tlenku węgla



Drugi etap to reforming tlenku węgla

CO + H2O ----- CO2 + H2



Temperatura powyżej 850 °C



Wysokie zapotrzebowanie energii



Surowiec, który jest paliwem!!!

Produkcja wodoru z
biomasy



Piroliza biomasy



Zgazowanie i reforming biomasy

parą wodną



Biologiczne metody produkcji wodoru



Biofotoliza z wykorzystaniem alg



Ciemna fermentacja



Proces dwuetapowy ciemna-

fermentacja/foto-fermentacja

Piroliza biomasy

Piroliza biomasy



Temp. 650 – 800 K, ciśnienie 0,1-0,5 MPa,

środowisko beztlenowe

Biomasa ------ H2 + CO + CH4 +

inne

produkty



metan i tlenek węgla kieruje sie do reformingu

parą wodną



inne produkty:



stałe: węgiel i popioły



ciekłe: smoła, oleje, aceton, kwas octowy itd.



Koszty produkcji

9-15 $ /GJ

Zgazowanie i reforming
biomasy parą wodną



Temperatura powyżej 1000 K,

środowisko zawierające tlen

Biomasa + H2O ----- H2 + CO + CO2 +

CH4 +

inne produkty



inne produkty (skład zależy od warunków

reakcji):



stałe: węgiel aktywny



ciekłe: węglowodory lekkie i ciężkie

Koszty zgazowania i reformingu
biomasy

Reforming nadkrytyczną
H

2

O



Parametry krytyczne wody:



temp.

374,2 °C



ciśnienie 217, 6 bar



mechanizm nieznany



temp. 600 ° C,



ciśnienie 345 bar



nie wytwarza się węgiel



szacowane koszty

3 $ / GJ

Biofotoliza z

wykorzystaniem alg



Algi w toku fotosynezy rozszczepiają

wodę do tlenu i jonu wodorowego



Wytworzony jon wodorowy jest

przekształcany enzymatycznie do
wodoru przez

hydrogenazę



Mikroorganizmy muszą wykazywać

aktywność hydrogenazy – głównie
zielone algi – najważniejsza -
Chlamydomonas reinhardtii

Biofotoliza z
wykorzystaniem alg

Mikroorganizmy
wykorzystywane w
biofotolizie



Zielone algi:



Scenedemus obluguus, Chlorococcum littorale,

Platynomonas subcordiformis, Chlorella fusca



Cyjanobakterie:



Oscillatioria sp., Calothrix sp., Synechococcus

sp., Gloebacter sp., Anabaena sp.,



Tlen

wykazuje silny efekt

inhibitujący

w

stosunku do

hydrogenazy

Ciemna fermentacja

Produkcja wodoru
metodą ciemnej
fermentacji

Produkcja wodoru
metodą ciemnej
fermentacji



Ilość wodoru wytwarzanego metodą ciemnej

fermentacji zależy od:



pH (optymalnie 5-6)



czasu zatrzymania



nie może być zbyt duży (przedłużenie czasu retencji
z 0,5 do 3 dni obniża produktywność wodoru ze 198
do 34 mmol/l*dzień



ciśnienia cząstkowego wodoru



wzrost ciśnienia cząstkowego powoduje
przesunięcie reakcji w kierunku kwasów i innych zw.
organicznych

Mikroorganizmy
wykorzystywane w
ciemnej fermentacji



Głównie bezwględne beztlenowce



Rodzaje:



Clostridium, Enterobacter

, Thermoanaerobacterium,

Thermoanaerobacterium, Desulfotomaculum

Ciemna fermentacja

Proces dwuetapowy -

ciemna
fermentacja/fotofermenta
cja



Niektóre mikroorganizmy:



Rhodobacter sheroides, R. capsulants, Rhodovulum
sulfidophilum, Rhodopseudomonas palustris,
Rhodospirillum rubum, Rodopseudomonas palsutris



zdolne są w warunkach beztlenowych

konwertować kwasy organiczne do
wodoru i dwutlenku węgla



optymalne warunki:



pH = 7,0; temp. 30-35°C

Przykłady fotofermentacji

Proces dwuetapowy -
ciemna
fermentacja/fotofermen
tacja



Istotne parametry to:



naświetlenie



mieszanie (stosuje sie argon)



Mechanizm biologiczny procesu

polega na działaniu nitrogenazy

Fotofermentacja

Typy reaktorów do
procesu dwuetapowego



Foto-bioreaktor z

recyrkulacja gazu

1.

pompa

2.

zbiornik wytwarzanego
gazu

3.

naczynia ciśnieniowe

4.

zawór ciśnieniowy

5.

przepływomierz

6.

skraplacz

7.

elektroda pH

Reaktor typu air-lift

Reaktor rurowy

Foto-bioreaktor z
modułami zewnętrznymi

Teren upraw
energetycznych