Bioüzemanyagok 2 - PDF

Bioüzemanyagok 2 Bioetanol, biodízel, biohidrogén (+ glicerin)  Bioüzemanyagok bioetanol biodízel növényi vagy állati biomasszából biohidrogén biogáz Bioetanol  Bioetanol bioetanol alapanyagok glükóz keményít...

Bioüzemanyagok 2 Bioetanol, biodízel, biohidrogén (+ glicerin)  Bioüzemanyagok bioetanol biodízel növényi vagy állati biomasszából biohidrogén biogáz Bioetanol  Bioetanol bioetanol alapanyagok glükóz keményítő cellulóz Cukor alapú bioetanol gyártás Keményítő alapú bioetanol gyártás Cellulóz alapú bioetanol gyártás  Keményítő fizikai-kémiai előkezelése keményítő hidrofób Hense edény hidrátburok kialakítása főzéssel  Enzimes előkezelés cefrekádban keményítő elágazó cukorpolimer hidrolázok: kovalens kötés hasítása víz belépésével glükoamiláz: 1,3-, 1,4-, 1,6- glükozid kötést bont A. niger alfa-amiláz: 1,4-glükozid kötést bont B. licheniformis, B. substilis, A. oryzae  Alkohol fermentáció S. cerevisae: eukarióta gomba glikolízis citoplazmában légzés mitokondriumban zsíranyagcsere peroxiszómában proteolízis vacuolumban kromoszóma nucleusban “ember rokona”  Alkohol fermentáció fermentáció anaerob fermentorban 15-35°C-on fed-batch vagy folyamatos üzem 10-15% etanolt tartalmazó fermentációs termék  Etanol kinyerése desztilláció rozsdamentes acél tornyokban termék: 82-87% alkohol + víz  Etanol tisztítása acetaldehid mentesítés 1-2% erős oxidálószer desztilláció rézedényben vízmentesítés adszorpcióval termék: 96-100% etanol  Fejlesztési területek etanol tűrő élesztő GMO etanol termelő baktérium Zymomonas mobilis mezofil, gyorsan szaporodik Thermoanaerobacter aethanolicus termofil, gyorsan szaporodik, jó alkohol tolerancia immobilizálás élesztőre, baktériumra  Bioetanol felhasználása üzemanyag adalék E5, E10, E85, B7, B10 nagyobb vízmegkötő képesség, korrózió benzinnél erősebb oldószer kisebb égéshő = nagyobb fogyasztás párolgáshő alacsonyabb = hidegindítás nehezebb csak vízmentes etanol keverhető benzinnel  Bioetanol felhasználása vegyipari alapanyag etilén, propilén, toluol, xilolok, etilén- oxid, sztirol, benzol fermentációs ipari alapanyag polihidroxi alkánsavak takarmány kiegészítő marhahús puhítás Bioetanol  Fermentációs maradék 1 liter etanol = 10 liter maradék takarmány kiegészítő energia: biogáz  Gazdaságos? alapanyag cukor, cukorpolimer energiaigény teljes költség kb. 40%-a fosszilis vagy megújuló hidrolizáló enzimek keményítő: teljes költség 25%-a cellulóz: instabil enzimek, drága, nem hatékony fermentációs maradék hasznosítás takarmány, megújuló energia termelés jövedéki adó életciklus számítások helyi viszonyok jelentősen befolyásolnak Biodízel  Biodízel Rudolf Diesel: földimogyoró olaj ma: növényi olaj (átészterezett) repce, napraforgó, szója, pálmaolaj felhasznáható tisztán, vagy dízelolajjal keverve meglévő motorokban, meglévő elosztóhálózaton szigorú minőségi követelmények Motorrészek korróziójának csökkentése Sav, lúg, foszfor EU: FAME (fatty acid methyl-ester): zsírsav-metil-észter minőségi előírása sűrűség, össz-szennyezés tartalom, víztartalom, kémiai összetétel  Biodízel alapanyagok Repce Napraforgó Szója  Biodízel gyártási folyamat REPCEMAG NÖVÉNYOLAJ (SVO) NÖVÉNYOLAJ GYÁRTÁS TERMESZTÉS SAJTOLÁS ÁT/ÉSZTEREZÉS N BIODÍZEL RI A AR CE KOMPONENS D LI G GÁZOLAJ KEVERÉS TAKARMÁNYOZÁS  Átészterezés R1, R2, R3 lehet ugyan olyan, vagy lülönböző zsírsav meghatározza a biodízel minőségét Biodízel gyártási folyamat  Biodízel gyártási folyamat Forrás: brisbanebiodiesel.com  Biodízel gyártás melléktermékei melléktermékek növényi biomassza dara, olajpogácsa glicerin (metanollal szennyezett) felhasználásuk takarmány biomassza égetés biogáz fermentáció kozmetikai ipar vegyipar  Biodízel gazdaságosság növénytermesztési költségek állami támogatás jövedéki adó energia igény fosszilis, megújuló energia a melléktermékekből fosszilis energia kiváltása Biohidrogén Biohidrogén: legtisztább energiahordozó? Biohidrogén: eléggé biztonságos?  Hidrogén tárolása gáz halmazállapotban nagy nyomáson (akár 680 atm) karbonszállal erősített kompozit tartály adott térfogatban viszonylag kis mennyiség még ez is elmarad a benzin energiatartalmától nagy energiaigény folyadék halmazállapotban nagy nyomáson (akár 680 atm) nagy energiaigény a cseppfolyósításkor párolgási veszteség (főleg kis tartályok esetén) szilárd halmazállapotban (kémiai kötésben) fém hibridekben nanométeres szinten strukturált anyagokban kristályrács térközeiben adszorbeált hidrogén hidrogént fel kell szabadítani a felhasználáshoz tárolás 5m/m% hidrogén, 15-25%-os térfogat növekedés reverzibilis tárolásra a legjobb (pl. hőmérséklet emelkedésre a hidrogén felszabadul) szén-nanocsövek hidrogén kötése adszorpcióval Biohidrogén előállítási stratégiák sötét fermentáció  Biohidrogén előállítási fotoszintézis segítségével zöld alga: Chlamidomonas reinhardtii stressz: kén éheztetés fotoszintetikus fehérjék lebomlanak légzés csaknem állandó: anaerob környezet kialakítása ciklusok száma korlátozott  Bioidrogén előállítási fotoszintézis segítségével fotoszintetizáló baktérium: Thiocapsa roseopersicina fototróf, anaerob, bíbor kénbaktérium tengervízben él optimális hőmérséklet: 30°C elektron forrás: redukált kénvegyületek NiFe hidrogenázai vannak Hidrogenázok a sejtben Biohidrogén előállítási biomasszából „Sötét” hidrogén termelés Biohidrogén felhasználás: üzemanyag cella Toyota Mirai  Glicerin többértékű alkohol színtelen, szagtalan, viszkózus anyag, édeskés ízű, mérgező (higroszkópos tulajdonság) vízzel, etanollal korlátlan elegyedik apoláros oldószerekkel NEM (benzol, dietil-éter, kloroform)  Glicerin biológia: lipidek fő alkotóeleme, (triacil-glicerinek, trigliceridek) - elsődleges metabolit vegyipar, biotechnológia: biodízel gyártás során, szappankészítés fő összetevője, oldószer, poliol-poliuretán, nitroglicerin gyártás élelmiszeripar: édesítőszerként (E422) kozmetika: hidratáló krémek, samponok, szappanok gyógyszeripar: gyógynövény kivonatokban, hashajtók, kúpok orvosdiagnosztika: vérkészítményekhez dohányipar: vízipipadohányok összetevője  Glicerin gyártás kőolajból - kőolaj krakkolás 1. krakkgáz keletkezik  propilén 2. propilént klórozzák  allil-klorid alakul ki 3. allil-klorid+hipoklórossav  etilénklórhidrin 4. hidroxilezés (klór eltávolítása)  Glicerin gyártás: biodízel Biodízel melléktermék  Glicerin gyártás: élesztő Kénessav (H2SO3) – acetaldehiddel komplexet képez – NADH felszaporodik – Alternatív NADH oxidációs útvonal kell – Gyenge hatásfok 5-6 % glicerin Kevert termékek acetaldehid-szulfonát H2S03  Glicerin gyártás: Dunaliella Dunaliella tertiolecta – Sótűrő alga (0,1-5M NaCl) – pl. Holt tengerben Ozmoreguláció glycerol Glicerin gyártási folyamat  Glicerin gyártás: kinyerés Forráspont magas – Vákuum desztilláció – Oldószer extrakció – Spray drying Alacsony hatásfok – Nagy veszteségek Felhasználás Kirobbanó (gyógy)hatás Alfred Nobel  Glicerin gyártás: melléktermék β-karotin – Antioxidáns – Tumor prevenció Más források – Sárgarépa, lazac – Rákok (krill)