AKADEMIA GÓRNICZO - HUTNICZA
im. Stanisława Staszica w Krakowie
WYDZIAA

ENERGETYKI I PALIW
Praca dyplomowa
Ewelina Szymczyk
Imię i nazwisko
Kierunek studiów
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Temat pracy dyplomowej:
Stan badań i perspektywy wdrożeń technologii do produkcji
bioetanolu paliwowego z surowców lignocelulozowych.
Lignocellulosic fuel bioethanol production technology - state of research and
implementation perspectives.
Ocena: .......................................
Opiekun pracy
Dr inż. Janina Wolszczak
Kraków, rok 2008/2009
Oświadczam, świadoma odpowiedzialności karnej za poświadczenie nieprawdy, że niniejszą
pracę dyplomową wykonałam osobiście i samodzielnie i że nie korzystałam ze z
ródeł innych niż
wymienione w pracy.
.......................................
 AKADEMIA GÓRNICZO - HUTNICZA
im. Stanisława Staszica w Krakowie
WYDZIAA
ENERGETYKI I PALIW
Kierunek studiów: TECHNOLOGIA CHEMICZNA
TEMATYKA PRACY I PRAKTYKI DYPLOMOWEJ
dla studenta V roku studiów stacjonarnych
Specjalność: Technologia Paliw
Ewelina Szymczyk
(Imię i nazwisko studenta)
TEMAT PRACY DYPLOMOWEJ:
Opiekun pracy: Dr Janina Wolszczak
Recenzent pracy: Profesor dr hab. Jerzy F. Janik
Miejsce praktyki dyplomowej: AGH Kraków ; Ministerstwo Gospodarki  Dep.
Energetyki
PROGRAM PRACY I PRAKTYKI DYPLOMOWEJ
1. Omówienie tematu pracy i sposobu realizacji z opiekunem
2. Zebranie i opracowanie literatury dotyczącej tematu pracy
3. Praktyka dyplomowa
a) Charakterystyka surowców lignocelulozowych
b) Przegląd technologii wytwarzania etanolu z różnych surowców
c) Skala produkcji bioetanolu paliwowego z lignocelulozy: trudności technologiczne i
ekonomiczne
d) Prognozy wdrożenia przemysłowej produkcji bioetanolu paliwowego z lignocelulozy.
4. Kontynuacja badań lub obserwacji z okresu praktyki
5. Zebranie i opracowanie wyników badań
6. Analiza wyników badań, ich omówienie i zatwierdzenie przez opiekuna
7. Opracowanie redakcyjne
TERMIN ODDANIA W DZIEKANACIE: 17.06.2009
.......................................
(podpis opiekuna pracy)
Merytoryczna ocena pracy przez opiekuna:
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................
Końcowa propozycja oceny pracy:
Data Podpis
Merytoryczna ocena pracy przez recenzenta:
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................
.........................................................................
Końcowa propozycja oceny pracy:
Data Podpis
Obowiązuje skala ocen: celujący - 6.0; bardzo dobry - 5.0; ponad dobry - 4.5; dobry - 4.0;
ponad dostateczny - 3.5; dostateczny - 3.0
Spis treści :
Wstęp ..........................................................................................................................................7
PODSTAWY TEORETYCZNE.................................................................................................9
1. Biopaliwa ............................................................................................................................9
1.1. Biopaliwa  definicja.......................................................................................................9
1.2. Zastosowanie biopaliw ....................................................................................................9
1.3. Klasyfikacja biopaliw do silników spalinowych. ..........................................................10
1.3.1. Biopaliwa pierwszej generacji. ..............................................................................10
1.3.2. Biopaliwa drugiej generacji. ..................................................................................12
1.3.3. Biopaliwa trzeciej generacji...................................................................................14
1.4. Bioetanol........................................................................................................................14
2. Wpływ dodatku bioetanolu na jakość benzyn ..................................................................18
2.1 Liczba oktanowa i wartość opałowa...............................................................................18
2.2 Powinowactwo do wody.................................................................................................18
2.3 Korozja............................................................................................................................19
2.4 Lotność............................................................................................................................19
3. Charakterystyka surowców lignocelulozowych ...............................................................21
3.1 Lignoceluloza..................................................................................................................21
3.1.1. Celuloza (C6H10O5)n ...............................................................................................22
3.1.2. Hemicelulozy..........................................................................................................25
3.1.3. Lignina (drzewnik) .................................................................................................26
3.2. Ocena surowców lignocelulozowych ............................................................................28
3.2.1. Pozytywne skutki wykorzystania biomasy lignocelulozowej ................................29
3.2.2. Negatywne skutki wykorzystanie surowców ligoceulozowych .............................29
OBECNY STAN ZAGADNIENIA..........................................................................................31
4. Rynek etanolu ...................................................................................................................31
4.1. Produkcja etanolu na świecie.........................................................................................31
4.2. Europejski rynek etanolu dla sektora paliwowego ........................................................32
4.3. Polski rynek etanolu.......................................................................................................34
5. Technologie przetwarzania biomasy lignocelulozowej do paliw płynnych .....................38
5.1 Podstawowe metody przetwarzania biomasy celulozowej.............................................38
5.2.1 Termochemiczne metody wytwarzania biopaliw płynnych ....................................38
5.2.2 Biochemiczne metody wytwarzania biopaliw płynnych .........................................39
6. Obecna sytuacja technologii wykorzystujących surowce drugiej generacji.....................44
6.1 Stan badań nad technologiami wytwarzania bioetanolu z surowców lignocelulozowych
..............................................................................................................................................44
6.1.1 Stan badań nad technologiami biochemicznej konwersji lignocelulozy do etanolu45
6.1.2 Stan badań nad technologiami termochemicznej konwersji lignocelulozy do
etanolu...............................................................................................................................46
6.2 Kierunki badań................................................................................................................46
6.2.1. Etap badań naukowych ...........................................................................................47
6.2.2 Etap rozwoju technologicznego...............................................................................49
6.2.3. Etap integracji .........................................................................................................50
6.3 Największe osiągnięcia badawcze ..................................................................................51
6.3.1 Odkrycie i zidentyfikowanie bakterii, wytwarzającej enzymy, dzięki którym
możliwe jest jednoczesne przeprowadzenie hydrolizy i fermentacji................................51
6.3.2 Badania nad tańszymi i bardziej wydajnymi enzymami. ........................................52
6.3.3. Badania enzymów znajdujących się w termitach. ..................................................53
6.3.4. Dostarczenie informacji o cechach genetycznych Postia placenta........................54
7. Wdrożenia.........................................................................................................................55
7.1 Przykładowe instalacje ...................................................................................................57
7.1.1 Iogen ........................................................................................................................57
7.1.2 DuPont Danisco Cellulosic Etanol LLC..................................................................58
7.1.3 POET, projekt Liberty .............................................................................................59
7.1.4 Coskata , Illinois USA .............................................................................................60
7.1.5 Pozostałe:.................................................................................................................61
7.2 Podsumowanie................................................................................................................61
8. Perspektywy wdrożeń.......................................................................................................63
8.1 Wymagania infrastruktury..............................................................................................63
8.1.1 Stopień koncentracji produkcji................................................................................63
8.1.2 Transport surowców i produktów............................................................................63
8.1.3 Inwestycje w instalacje, magazyny i dostosowanie pojazdów. ...............................64
8.2. Dostarczenie technologii i wiedzy specjalistycznej ......................................................64
8.2.1 Zmiana technologii i transfer procesów ..................................................................64
8.3. Pomoc rządowa..............................................................................................................65
8.4. Czynniki środowiskowe.................................................................................................65
8.4.1. Wpływ dodatku bioetanolu do benzyn na zmiany klimatyczne .............................65
8.4.2. Wpływ wykorzystania surowców lignocelulozowych na funkcjonowanie
ekosystemu .......................................................................................................................65
8.5. Dostępność surowców ...................................................................................................66
8.6. Jakość paliw z dodatkiem bioetanolu ............................................................................66
8.7. Konkurencja ze strony alternatywnych z
ródeł paliw pierwotnych................................66
8.8. Zmniejszenie areału upraw ............................................................................................67
8.9. Rozwój obszarów wiejskich .........................................................................................67
8.10. Uniezależnienie od dostaw ropy..................................................................................67
9. Wnioski.............................................................................................................................68
Bibliografia ...............................................................................................................................71
Spis tabel :.................................................................................................................................74
Spis rysunków i wykresów: ......................................................................................................75
- 6 -
Wstęp
Szybki wzrost gospodarczy, jaki miał miejsce w drugiej połowie XX wieku
spowodował przekierunkowanie sposobu zużycia surowców energetycznych. Ukształtował
się nowy model światowej gospodarki opartej głównie na ropie naftowej i gazie ziemnym,
przy zmniejszającym się znaczeniu węgla kamiennego. Okazało się jednak, że zasoby tych
surowców szybko się wyczerpują, a ich wykorzystywanie powoduje wiele skutków
negatywnych takich, jak: kwaśne deszcze, czy globalne ocieplenie i związane z nim
niekorzystne zmiany klimatyczne. Nierównomierne rozlokowanie zasobów surowców
energetycznych na świecie spowodowało natomiast dominującą, często dyktatorską pozycję
uprzywilejowanych państw w polityce międzynarodowej. Uzależnienie światowej
gospodarki od ropy i jej pochodnych jest tak ogromne, że spekulacje na temat kończących się
zasobów tego surowca (obawa o stabilność dostaw) są w stanie spowodować kryzys na
światowym rynku. Do takiego zjawiska doszło już trzykrotnie: w 1973 roku, na przełomie
1980 i 1981 i w 2008 roku, kiedy cena baryłki ropy doszła do poziomu 146,14 dolarów
(3.VII.2008) [1] ,obecnie cena ta waha się w granicach 50 dolarów za baryłkę Koniecznością
stało się poszukiwanie takiego nośnika energii, który pozwoliłby zmniejszyć zużycie ropy
naftowej. Jednym z takich nośników są biopaliwa. Jednakże zastosowanie tych surowców
niesie ze sobą zarówno wady jak i zalety. Niewątpliwymi zaletami są: wykorzystywanie
energii czystej ekologicznie, możliwość produkcji paliw w państwach nie posiadających
własnych zasobów surowców energetycznych, czyli uniezależnienie się od dostaw ropy.
Wyzwaniem podczas produkcji biopaliw okazała się konkurencja między zastosowaniem
surowców do produkcji paliw bądz
pożywienia, czego skutkiem jest wzrost cen żywności.
Rozwiązaniem tego problemu może okazać się zastosowanie surowców lignocelulozowych
do wytwarzania bioetanolu. Surowce te nie mogą być spożywane przez człowieka, wiec nie
stanowią konkurencji dla pożywienia, natomiast po odpowiednim przygotowaniu mogą być
doskonałym z
ródłem paliwa. Koszt tradycyjnego procesu produkcji bioetanolu, czy tez
pozyskania paliw pierwotnych z trudnodostępnych z
ródeł, jest niestety nadal niższy od kosztu
pozyskania tego produktu z surowców drugiej generacji [2], dlatego naukowcy na cały
świecie, finansowani zarówno przez państwo jak i przez prywatne koncerny, prowadzą
badania nad udoskonaleniem tej technologii.
- 7 -
W mojej pracy, opierając się na zebranych materiałach, przedstawię stan tych badań i
perspektywy wdrożenia technologii produkcji bioetanolu z surowców lignocelulozowych.
- 8 -
PODSTAWY TEORETYCZNE
1. Biopaliwa
1.1. Biopaliwa  definicja
Biopaliwa - paliwa otrzymywane z biomasy (materii organicznej, takiej jak np. organizmy
roślinne, zwierzęce lub mikooganizmy). Do produkcji biopaliwa do silników ZS w Europie
wykorzystuje się przede wszystkim buraki cukrowe i ziarna zbóż, w USA i Brazylii -
kukurydzę i trzcinę cukrową. Odpady przemysłowe, rolnicze, z produkcji leśnej i gospodarstw
domowych mogą również być z
ródłem energii odnawialnej i służyć do produkcji biopaliw.
Przykładem może być słoma, drewno odpadowe, osady ściekowe, kompost, śmieci czy resztki
żywności. Biomasa roślinna, z której produkowane są biopaliwa, jest magazynem energii
słonecznej.
1.2. Zastosowanie biopaliw
Biopaliwa mogą być wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej i ciepła. W roku
2005 około 15% światowego zużycia energii pochodziło z biopaliw. Większość tej energii jest
zużywana do celów grzewczych i do przygotowania posiłków. Szwecja i Finlandia pokrywają
odpowiednio 17% i 19% swojego zapotrzebowania energetycznego z biopaliw [3] .
Zastosowanie biopaliw jest sposobem na zmniejszenie importu i zużycia paliw
kopalnych, a także obniżenie emisji dwutlenku węgla do atmosfery, nawet o 90 %. Jest to
możliwe dzięki zamkniętemu cyklowi obiegu dwutlenku węgla, który jest emitowany podczas
spalania biopaliw, ale także pochłaniany przez rośliny podczas procesu fotosyntezy. .
Biopaliwa dzielimy na :
" stałe
" ciekłe
" gazowe
Biopaliwa stałe to słoma (w postaci bel, kostek lub brykietów), specjalne gatunki drzew,
takie jak wierzba krzewiasta, ślazowiec pensylwański, ale także granulat trocinowy lub
słomiany (tzw. pellet), siano lub inne gatunki roślin.
Biopaliwa ciekłe otrzymywane są głównie w drodze fermentacji alkoholowej
węglowodanów do etanolu, fermentacji butylowej biomasy do butanolu lub z estryfikowanych
w biodiesel olejów roślinnych (np. olej rzepakowy);
Biopaliwa gazowe (biogaz) powstają w wyniku fermentacji beztlenowej ciekłych i stałych
odpadów rolniczej produkcji zwierzęcej, takich jak gnojownica czy obornik. Mogą być również
produkowane w procesie zgazowania biomasy ( np. drewno), otrzymywany zostaje wtedy gaz
generatorowy tzw. gaz drzewny.
1.3. Klasyfikacja biopaliw do silników spalinowych.
Klasyfikacja surowców
do produkcji biopaliw
Surowce I generacji
Surowce II generacji Surowce III generacji
" Sacharoza
" Cukry proste
" oleje produkowane przez algi
" Skrobia
Surowce do produkcji biopaliw
Określa się je mianem paliw
drugiej generacji to biomasa
Surowce te to głównie ziemniaki,
przyszłości, z otrzymanego
lignocelulozowa i osady ze
ziarna zbóż, trzcina cukrowa,
oleju
ścieków
buraki cukrowe czy kukurydza.
Można produkować wodór
komunalnych czy pozostałości
Mogą być wykorzystane również
służący
rolniczej. Nie stanowią
jako pożywienie dla człowieka.
do zasilania ogniw paliwowych.
konkurencji
Paliwa otrzymywane z tych
dla produkcji pożywienia dla
surowców nazywamy
człowieka czy pasz dla zwierząt.
biopaliwami
pierwszej generacji.
Rysunek 1. Klasyfikacja surowców do produkcji biopaliw płynnych.
y
ródło : Opracowanie własne.
1.3.1. Biopaliwa pierwszej generacji.
Biopaliwa pierwszej generacji są to paliwa wytwarzane z substancji organicznej, którą
można wykorzystać do produkcji pożywienia lub pasz. Przede wszystkim są to: skrobia, cukry,
- 10 -
tłuszcze zwierzęce i oleje roślinne. y
ródłami tych surowców są : ziemniaki, ziarna zbóż, rzepak,
soja, kukurydza czy trzcina cukrowa. Biopaliwa pierwszej generacji produkowane są przy
zastosowaniu konwencjonalnych metod, takich jak fermentacja czy estryfikacja, nie
wymagających dużych nakładów energetycznych. Wykorzystywanie surowców, takich jak
trzcina cukrowa, kukurydza pszenica czy buraki cukrowe, z których można wyprodukować
pokarm dla ludzi i karmę dla zwierząt powoduje, że jeżeli zbyt dużo paliwa jest z nich
produkowane, cena żywności może drastycznie wzrosnąć i stanowić nielada wyzwanie dla
niektórych państw.
Biopaliwa ciekłe pierwszej generacji to :
Biodiesel  najpopularniejszy typ biopaliwa wykorzystywanego w krajach europejskich.
Wytwarzany głównie w prostym i niedrogim procesie estryfikacji. Paliwo to swoimi
właściwościami jest bardzo zbliżone do mineralnego diesla. Produkowany jest bezpośredni z
olejów roślinnych poprzez dodanie metanolu i wodorotlenku sodu albo potasu. W porównaniu
do etanolu, proces produkcji biodiesla wymaga względnie mało energii (pomijając energię
potrzebną do wyprodukowania metanolu). W Europie do jego produkcji używa się głównie
rzepaku, w USA soi. Olej palmowy i sojowy być może technicznie nigdy nie spełnią norm
europejskich; ich główną wadą jest wysoka temperatura topnienia oleju palmowego (olej
krzepnie w wyższych temperaturach i nie może być używany w niskich) oraz skłonność do
oksydacji oleju sojowego. Można też stosować zużyty olej roślinny lub tłuszcz zwierzęcy. W
roku 2005 w Unii Europejskiej wyprodukowano 3,1 milionów ton biodiesla [4] .
Rodzaje biodiesla:
" biodiesel stanowiący estry metylowe oleju rzepakowego (RME) lub estry metylowe
(FAME) i etylowe (FAEE) wyższych kwasów tłuszczowych innych roślin oleistych
otrzymywane w wyniku procesów tłoczenia na zimno, ekstrakcji i transestryfikacji;
" biodiesel, stanowiący estry metylowe i etylowe otrzymywany w wyniku
transestryfikacji posmażalniczych odpadów olejowych;
Bioalkohole  najpopularniejszym jest bioetanol, ale produkowany jest także biobutanol i
biopropanol. Butanol produkowany jest w procesie fermentacji, a niektóre z eksperymentów
naukowych udowodniły, że jest on bardziej efektywny energetycznie i może być bezpośrednio
stosowany w różnych silnikach benzynowych.
Bioetanol (BioEtOH) jest to produkt fermentacji materii organicznej takiej jak skrobia i
cukier. Do procesu tego niezbędne jest zastosowanie mikroorganizmów i enzymów, a
- 11 -
otrzymana mieszaninę wody i alkoholu należy poddać procesowi destylacji, który wymaga
wysokich nakładów energetycznych. Często przy produkcji bioetanolu, zwłaszcza z ziaren zbóż
wykorzystuje się paliwa kopalne które znacznie pogarszają bilans emisji gazów cieplarnianych.
W Brazylii rozwiązano ten problem, stosując resztki pozostałych po ekstrakcji cukru z trzciny
cukrowej, do produkcji ciepła w procesie destylacji. Samochody z tradycyjnymi silnikami
benzynowymi mogą korzystać z paliwa z maksymalnym dodatkiem etanolu sięgającym 10 %,
bez konieczności dostosowania silnika. Według badania World Watch z 2006 roku, etanol
stanowi obecnie ok. 90% produkcji biopaliw [5] .
Czyste oleje roślinne (PVO-pure vegetable oils) -otrzymywane z procesów tłoczenia na
zimno i ekstrakcji ziaren roślin oleistych; stosowane bezpośrednio (bez estryfikacji) nie mogą
być używane w normalnych silnikach diesla. Oleje te mogą być zarówno używane jako produkt
spożywczy, jak i jako paliwo. O ich przeznaczeniu decyduje przede wszystkim jakość. Te o
lepszej jakości wykorzystywane są do przyrządzania potraw. W większości krajów oleje
roślinne wykorzystuje się jako produkt pośredni do produkcji biodiesla.
Biogaz  jest głównie produkowany po procesach fermentacji anaerobowej materii
organicznej (np. osady, ścieki, m.in. ścieki cukrownicze, odpady komunalne, odchody
zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolno-spożywczego, biomasa), a także w procesie jej
gnicia. W wyniku spalania biogazu powstaje mniej szkodliwych tlenków azotu niż w przypadku
spalania paliw kopalnych Produkowany biogaz składa się głównie z metanu i dwutlenku węgla.
Pozostałości po produkcji biogazu mogą być następnie wykorzystane jako nawóz. Biogaz ma
szerokie zastosowanie: wykorzystuje się go głównie w Indiach, Chinach, Szwajcarii, Francji,
Niemczech i USA jako paliwo dla generatorów prądu elektrycznego (ze 100mł biogazu można
wyprodukować około 540-600 kWh energii elektrycznej), jako z
ródło energii do ogrzewania
wody, a po oczyszczeniu i sprężeniu jako paliwo do napędu silników (instalacje typu instalacji
CNG ). Do roku 2013 w Polsce planuje się produkować 1 mld m3 biogazu m.in. do ogrzewania
budynków [6,7] .
1.3.2. Biopaliwa drugiej generacji.
Surowce pierwszej generacji, z których obecnie wytwarza się biopaliwa stanowią
konkurencję dla pożywienia, dlatego też prowadzone są badania nad surowcem do produkcji
paliwa, który nie będzie powodował takiego konfliktu. Idealnym rozwiązaniem są produkty
celulozowe, takie jak drewno, słoma, wysokie, wieloletnie trawy czy odpadki przemysłu
- 12 -
drzewnego. Paliwa wytwarzane z tych surowców nazywane są biopaliwami drugiej generacji.
Obecnie nie są jeszcze szeroko rozpowszechnione ze względu na wysoki koszt produkcji,
jednak prowadzone badania naukowe pozwoliły znacznie zredukować ich cenę. Przypuszcza
się, że w przyszłości wyprą biopaliwa pierwszej generacji.
Możemy je podzielić na :
o Bioetanol otrzymywany z procesów przeróbki lignocelulozy, pochodzącej z
biomasy (z wyłączeniem surowców przeznaczonych do celów spożywczych) na
drodze zaawansowanych procesów hydrolizy i fermentacji;
o Biopaliwa syntetyczne otrzymywane w procesach zgazowania biomasy oraz
syntezy produktów tego zgazowania (procesy  BtL - Biomass to Liquid);
o Biodiesel - biopaliwo lub komponent trzymany w wyniku rafinacji wodorem
(hydrogenizacji) olejów roślinnych i tłuszczów zwierzęcych, głównie
odpadowych;
o Biogaz (SNG) otrzymywany w procesach zgazowania lignocelulozy i konwersji
produktów tych procesów do gazu o właściwościach gazu naturalnego;
o Biowodór otrzymywany na drodze procesów zgazowania i wydzielania lub
specyficznych procesów biologicznych [8] .
W Europie najbardziej zaawansowane prace nad biopaliwami drugiej generacji
prowadzone są w Szwecji i Danii, a na świecie w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie, Brazylii i
Japonii.
Biopaliwa drugiej generacji mogą przyczynić się do zmniejszenia problemu i częściowo
zaspokoić zapotrzebowanie na paliwa w równoważny, niedrogi i korzystny dla środowiska
sposób. Zaletą biopaliw drugiej generacji jest możliwość wykorzystania całej rośliny (łącznie z
łodygą, liśćmi i łupinami), a nie tylko jej części (np. ziaren), jak to ma miejsce w surowcach
pierwszej generacji. Paliwo drugiej generacji można również produkować, z roślin, których
żadna część nie jest jadalna takich jak: jatrofa czy switchgrass (rodzaj wysokiej trawy rosnącej
w Ameryce Południowej); zboża zawierające bardzo mało ziaren; odpadki przemysłu
drzewnego; skóry czy miazga z przetwórstwa owoców. Rośliny te mogą rosnąć na
marginalnych terenach i wykorzystywać do wzrostu słoną wodę, co jest ich niewątpliwą zaletą
[9] .
- 13 -
Głównym problemem przy produkcji biopaliw drugiej generacji są procesy mające na celu
rozbicie struktury lignocelulozy i uwolnienie cukrów prostych. Bioetanol z lignocelulozy jest
otrzymywany przez uwolnienie cząsteczek cukrów przy zastosowaniu enzymów, pary wodnej i
innych procesów wstępnej obróbki. Dopiero tak otrzymane cukry ( C5 i C6), mogą być poddane
procesowi fermentacji do etanolu w ten sam sposób jak surowce pierwszej generacji.
Półproduktem tego procesu tego procesu jest lignina, która może być spalona, a wytworzone
ciepło może być używane w pierwszych etapach procesu [10] .
1.3.3. Biopaliwa trzeciej generacji.
Biopaliwa trzeciej generacji to przede wszystkim, ogniwa paliwowe wykorzystujące
wodór, jako podstawowy nośnik energetyczny. Algi są obecnie głównym surowcem, z którego
przy niewielkim wkładzie możemy z dużą efektywnością wyprodukować te biopaliwa. Algi są
surowcem, które nie wymaga dużych nakładów, a przynosi stosunkowo duży uzysk biopaliwa.
Produkują ok. 30 razy więcej energii z akra ziemni niż ziarna, takie jak soja [11] . Niewątpliwą
ich zaletą jest fakt, że nie są one szkodliwe dla środowiska i biodegradowalne. Departament
Energetyki Stanów Zjednoczonych zakłada, że gdyby chciano zastąpić paliwa ropopochodne w
U.S.A paliwem z alg, potrzebowano by 38 849 km2, co odpowiada rozmiarem stanowi
Maryland [11] .
Hodowla takich alg jak Botryococcus braunii i Chlorella vulgaris jest relatywnie łatwa,
ale już wyekstrahowanie z nich oleju jest dość trudne [12] .
1.4. Bioetanol
Bioetanol paliwowy to odwodniony alkohol etylowy (C2H5OH) produkowany z
produktów roślinnych takich jak: zboża, ziemniak, burak cukrowy, słoma czy drewno, w
procesie fermentacji. Z ziaren zbóż zebranego z 1 ha można uzyskać jedynie od około 800 do
1400 l etanolu. W przypadku ziemniaka lub kukurydzy od 2,0 do 2,5 tys. litrów, a buraka
cukrowego przekracza 3,5 tys. litrów [13]. Do produkcji bioetanolu mogą być również
wykorzystane ziemiopłody o gorszej jakości, które nie spełniają norm dla żywności lub pasz. W
Polsce czynnikiem umożliwiającym szybkie zwiększenie produkcji alkoholu na cele
energetyczne jest liczna sieć gorzelni rolniczych (około 1000) i niski stopień ich wykorzystania,
z powodu bardzo ograniczonych możliwości zbytu destylatu.
Etanol jest paliwem odnawialnym ponieważ, pierwotnie rośliny wykorzystują energię
słoneczną w procesie fotosyntezy do wytworzenia glukozy:
- 14 -
6H2O + 6CO2 + h� (energia świetlna) C6H12O6 + 6O2
Następnie w procesie fermentacji alkoholowej z glukozy otrzymywany jest alkohol i
ditlenek węgla :
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
Podczas spalania etanolu w silniku produkowana jest woda, dwutlenek węgla i ciepło,
które powoduje ekspansję gazu, a w konsekwencji ruch tłoków:
C2H6O + 3O2 2CO2 + 3H2O + ciepło
Etanol można także otrzymać przez uwodnienie cząsteczki etenu. W reakcji tej następuje
rozerwanie wiązania podwójnego cząsteczki etenu. Eten wykorzystywany w tej reakcji
najczęściej pochodzi z krakingu ropy.
Etanol podobnie jak benzyna składa się z atomów węgla i wodoru, jednakże w swojej
strukturze posiada również atom tlenu, który zwiększa liczbę oktanową paliwa oraz obniża
stężenie CO i węglowodorów w gazach spalinowych. Alkohol etylowy może być również
przetwarzany na ETEB (eter etylo-tert-butylowy), który stanowi dodatek do benzyny.
W tabeli 1. przedstawione są właściwości fizykochemiczne etanolu.
Tabela 1. Właściwości fizykochemiczne alkoholu etylowego
Właściwość Jednostka Wartość
Wzór strukturalny CH3`CH2-OH
Masa cząsteczkowa G/mol 46,07
Zawartość tlenu % (m/m) 34,7
Gęstość w temperaturze 20 �C kg/dcm3 0,7892
Temperatura wrzenia �C 78,3
Temperatura krzepnięcia �C -114,2
Prężność par w temperaturze 37,8 �C Kpa 15,8
Ciepło parowania kJ/kg 854
Stechiometryczne zapotrzebowanie powietrza m3 /kg 8,95
- 15 -