Новітні джерела енергії. Рослинна біомаса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний університет харчових технологій

Кафедра експертизи харчових продуктів

Реферат

з дисципліни: «Основи наукових досліджень»

на тему: «Новітні джерела енергії . Рослинна біомаса »

Підготував Круліковський Олександр

Перевірила: ас.Чорна А.І

Київ-2013

Зміст

Вступ

1. Загальна характеристика виробництва етанолу

2. Потреба людства у використані етанолу

3. Світова геополітика у використані біопалива

Висновки

Список використаних джерел

Вступ

Наша країна гостро потребує альтернативних джерел енергії взагалі та рідкого палива зокрема. Як зазначалося вище, вона продукує значні кількості етанолу і має резерви збільшення його виробництва, зокрема для використання як кисневмісної добавки до бензину. Однак існуюча сировинна база для отримання паливного етанолу (цукор,крохмаль) не дає змоги істотно (в десятки разів) збільшити його виробництво.

Тому розробка технології отримання паливного етанолу з лігоцелюлози (рослинні відходи) та її широке впровадження у виробництво має величезне економічне значення і може розглядатися як один з факторів забезпечення енергетичної незалежності нашої держави. Технологія переробки рослинних відходів до етанолу, як свідчить світовий науковий досвід, має комплексний характер і потребує ґрунтовних досліджень у галузі мікробіології, метаболічної інженерії, хімії і біохімії, а також удосконалення виробничого процесу. Закон України «Про альтернативні види рідкого та газового палива», зокрема, передбачає «підтримку розвитку науково технічної бази виробництва альтернативних видів палива, пропаганду науково технічних досягнень у цій сфері». Проте далі декларативних заяв справа не пішла, оскільки коштів на проведення науково дослідних та дослідно-конструкторських робіт у цій сфері держава так і не виділила. Не передбачає фінансування наукових досліджень і програма Кабінету Міністрів України «Етанол».

До останнього часу не фінансувала науково дослідні роботи в галузі отримання паливного етанолу з рослинних відходів і Національна академія наук України. Однак нещодавно прийнято рішення про створення цільової комплексної програми наукових досліджень НАН України «Біопаливний етанол з рослинних відходів». Науковими розробками з проблем отримання паливного етанолу з лігноцелюлози, а саме -- метаболічною інженерією термотолерантних дріжджів H. polymorpha -- займаються лише в Інституті біології клітини НАН України (Львів). Результати цих робіт опубліковані в міжнародних наукових часописах, доповідалися на міжнародних конференціях у Львові, Південно Африканській Республіці, Іспанії, Італії та Португалії. Власне, у Львові сконструйовані унікальні штами, які мають перспективу знайти застосування для отримання паливного етанолу в найпрогресивнішому процесі так званої одночасної сахарифікації та ферментації (SSF процес). Таким термотолерантним штамам немає аналогів у світі. Однак роботи львівських науковців у цьому напрямі в основному фінансує не НАН України, а найбільша американська фірма з виробництва паливного етанолу (з крохмалю) Archer Daniels MidlandCo. За умовами договору, фірма є власником усіх винаходів, здійснених у процесі виконання роботи.

Деякі дослідження, зокрема розробка нових методів селекції над продуцентів етанолу, виконуються у співпраці з польськими колегами з Жешівського університету, запланована також спів дія в цій галузі з колегами з Німеччини, Швеції, Данії, Ірландії, Італії, Росії і двох українських лабораторій -- Інституту мікробіології і вірусології НАН України (Київ) та Інституту виноградарства і виноробства «Магарач» УААН (Ялта) в рамках нового проекту INTAS. Інтереси української держави потребують якомога швидшого забезпечення наукових пошуків вітчизняним фінансуванням, а також розширення досліджень із залученням широкого кола науковців -- біохіміків, мікробіологів, хіміків, економістів та інженерів. Це -- перспективний шлях для реального досягнення енергетичної незалежності України.

1. Загальна характеристика виробництва етанолу

Отримання етанолу та алкогольних напоїв за обсягом продажу донині вважається найбільшою галуззю біотехнології. Світове виробництво етанолу, за даними 1998 р. становило 31,2 млрд. л, з яких лише 7% одержано хімічним способом з газу або вугілля, а 93% -- шляхом мікробної ферментації. Слід зазначити, що тільки 15% етанолу використовується для приготування міцних спиртних напоїв, ще 15% -- у хімічній промисловості та інших галузях, решта ж (70%) -- як автомобільне пальне у двигунах внутрішнього згоряння. Найбільшими його виробниками є Бразилія (13,5 млрд. л) і США (6,4 млрд. л. дані 1998 р.). Сполучені Штати останніми роками значно нарощують виробництво етанолу, продукція якого в 2004 р. становила 12,5 млрд. л (приріст виробництва -- 17% на рік), а в 2012 р. планують отримати майже 20 млрд. л [1].

Практично весь етанол, що виробляє Бразилія, надходить у паливний сектор, тоді як США використовує його з цією метою близько 90%. У 1998 р. уся Європа виробила 4,7 млрд. л етанолу, з яких понад 2 млрд. л припадало на країни ЄС, де спостерігається значний інтерес до паливного етанолу. Згідно з Директивою Комісії ЄС 2003/30/ЕС частка біопалива в загальному вмісті традиційного палива має зрости з 2% у 2005 р. до не менш як 5,75% у 2010 р. Уряд Швеції планує, що в 2010 р. частка етанолу в загальному споживанні палива в транспортному секторі становитиме 15% [2].

Однак сьогодні, крім Бразилії, яка замінила не менше 20% бензину на етиловий спирт, частка етанолу в загальному споживанні рідкого палива ще незначна. Наприклад, у 1998 р. автомобілі США використали 450 млрд. л рідкого палива, тобто частка етанолу (6,4 млрд. л , або 1,4%) була дуже незначною. Україна в 2002 р. виробила 0,26 млрд. л етанолу, з яких 73% використано для одержання спиртних напоїв і близько 30 млн. л -- як додаток до бензину. Водночас потужності існуючих спиртових заводів завантажені лише на 40%. Тому «Програмою розвитку спиртової, лікерогорілчаної та виноробної галузей на 2003--2007 роки», затвердженою Постановою Кабінету Міністрів України від 1 квітня 2003 р. № 451, передбачалося довести виробництво етанолу, використовуваного як додаток до бензину, до 0,21 млрд. л у 2005 р. і 0,35 млрд. л у 2007 р., що дало б змогу, зокрема, повністю завантажити існуючі потужності спиртових заводів. Зазначена програма є розвитком прийнятої у 2000 р. Кабінетом Міністрів України Постанови «Про затвердження програми «Етанол» від 4 липня 2000 р. № 1044, що передбачала розширення використання етилового спирту як енергоносія та сировини для промисловості.

Прийнято Закон України «Про альтернативні види рідкого та газового палива» від 14 січня 2000 р. № 1391 XIV. Він визначає правові, соціальні, економічні,екологічні та організаційні засади виробництва і споживання альтернативних видів рідкого та газового палива на основі залучення нетрадиційних джерел і видів енергетичної сировини і спрямований на створення необхідних умов для розширення виробництва і використання цих видів палива в Україні. Слід нагадати, що наприкінці ХІХ ст. Генрі Форд конструював двигуни своїх перших автомобілів з розрахунку саме етанолу як пального і вже пізніше, після відкриття потужних родовищ нафти, використання його стало нерентабельним [3].

Отже , нафтова криза 1973 р. зумовила появу національної програми у Бразилії, спрямованої на виробництво паливного етанолу з цукрової тростини, та програми випуску так званого «газохолу» (суміші, що складається з 90% бензину і 10% етанолу) з кукурудзяного крохмалю у США.

2. Потреба людства у використані етанолу

Підраховано, що за час існування Бразильської програми ця країна заощадила не менше 75 млрд. доларів США на імпорті нафтопродуктів . Нині практично весь етанол на планеті, зокрема і паливний, отримують із традиційної сировини: цукру (сахарози) та крохмалю , причому в Бразилії задіяна для цього цукрова тростина, а у США -- кукурудзяний крохмаль. Інші країни теж використовують для виробництва етанолу цукор або крохмаль, наприклад, в Україні етиловий спирт одержують з крохмалю злаків і картоплі або ж з меляси (відходи цукроварень). Технологія отримання етанолу з цукру добре опрацьована, а щодо крохмалю, то тут ще залишається багато можливостей для удосконалення процесу. Які ж існують переваги та можливі недоліки застосування етанолу порівняно з бензином? Передовсім це економічні та екологічні чинники. Про економічні вже згадувалось. Отримання етанолу з цукрової тростини, скажімо, в Бразилії є високорентабельним процесом [4].

Виробництво ж його з крохмалю потребує додаткового етапу гідролізу крохмалю до глюкози, отже, є менш рентабельним. Тому в США до 2007 р. діє спеціальний пільговий податок для виробників паливного етанолу, що забезпечує рентабельність процесу навіть за ціни 15 дол. за барель сирої нафти (1 л паливного етанолу з крохмалю в 1999 р. коштував 34 центи). Нині, за ціни 60 дол. за барель нафти, виробництво паливного етанолу з крохмалю може стати рентабельним навіть без податкових пільг. Характеризуючи якості етанолу як моторного пального, слід зазначити, що у нього, на відміну від бензину, вище октанове число і вищий тиск парів. Однак внаслідок наявності кисню в його молекулі вагова частка етанолу містить на 33% менше енергії, ніж така сама -- вуглеводню (бензину) [5].

Застосуванню етанолу як моторного пального сприяє можливість використання бензино-етанольних сумішей з 25% м умістом етанолу існуючими двигунами без їх переробки . Важливими є екологічні переваги етанолу як пального. Внаслідок неповного згоряння бензину вихлопні гази автомобілів містять значні кількості токсичних чадного газу, закису та окису азоту. Спалювання у двигунах чистого етанолу або додавання до бензину кисневмісних добавок, чим і є етанол, істотно знижує вміст чадного газу та інших продуктів неповного окиснення у вихлопних газах. Можливо, ще значнішим є екологічний ефект від біотехнологічного отриманого етанолу як палива з огляду на глобальне потепління, спричинене здебільшого додатковою емісією в атмосферу двоокису вуглецю; останній є наслідком спалювання викопного палива. Спалювання ж етанолу, одержаного з біомаси, не призводить до викидів у повітря додаткового СО2, адже ці його кількості і так вивільнилися б унаслідок кругообігу вуглецю завдяки життєдіяльності мікроорганізмів. Етанол -- досить дешевий біотехнологічний продукт, оскільки ціна сировини (цукру, крохмалю) становить 40% його вартості [6].

Сировинна ж база для отримання цукру та крохмалю є обмеженою. Розглядається також можливість спеціального культивування швидкорослих рослин (сорго, вільха, осика) з метою подальшої переробки біомаси всієї рослини для одержання етанолу. Глобальна продукція такої біомаси становить 200?109 т на рік, причому 90% її -- це так звана лігноцелюлоза (гетеро біополімер, що складається з целюлози, різних геміцелюлоз та лігніну) .

Отже , останніми десятиліттями дедалі більшу зацікавленість викликає рослинна біомаса, як потенційна сировина для виробництва паливного етанолу, а запаси її справді безмежні. Сюди входять відходи сільського господарства (солома, кукурудзяні качани, соняшникова лузга тощо), деревообробної та целюлозно-паперової промисловості (гілки, тирса, кора дерев,сульфітні лужні золи), комунальні відходи, що на 40--50% складаються з рослинної біомаси.

енергоносій альтернативний біопаливо етанол

3. Світова геополітика у використані біопалива

Останніми роками в світі введено в дію не менше двох промислових установок з виробництва паливного етанолу з рослинних відходів. У грудні 2004 р. почав давати промислову продукцію дослідний завод в Оттаві (Канада). Він є спільним підприємством фірм «Iogen» (відомий виробник целюлолітичних ферментів), «Petro Canada» та «Royal Dutch Shell» з річною продуктивністю 100 млн л етанолу і використовує як сировину пшеничну та кукурудзяну солому, а також гілки дерев [7].

Канадське підприємство на основі порівняння рекомбінантних штамів E. coli, Z. mobilis та S. cerevisiae у своєму виробництві застосовує штами S. cerevisiae, сконструйовані групою N. Ho. Буде перевірено також P. stipitis як ферментуючий організм. У 2005 р. запрацював експериментальний завод з виробництва паливного етанолу з деревної тирси в Омсколдсвік (Швеція) . Завод використовує рекомбінантні штами S. cerevisiae, сконструйовані групою B. Hahn Hagerdal, і технологію, опрацьовану групою G. Zacchi. Повідомлялося про плани ввести в дію завод з переробки лігноцелюлозних залишків цукрової тростини до етанолу в Бразилії [8].

Отже, існуючі підприємства поки що нерентабельні, але їхня діяльність допоможе відпрацювати промислову технологію продукування паливного етанолу з лігноцелюлози , виявити критичні фактори, що впливають на економіку цієї галузі, та накреслити основні шляхи вдосконалення технології для створення рентабельного виробництва.

Висновки

Світова ситуація з енергоносіями характеризується, з одного боку, постійним зростанням цін на викопне паливо, особливо нафту, а з другого -- зменшенням її розвіданих запасів . За деякими прогнозами, запаси нафти практично вичерпаються близько 2050 р. Водночас загальне використання енергії людством невпинно зростає. Особливо значною є потреба у пальному для автомобілів з дизельними та двигунами внутрішнього згоряння. Тому не дивно, що останніми роками актуалізуються дослідження щодо використання поновлюваної сировини, зокрема рослинної біомаси, як потенційно невичерпного джерела рідкого палива . Олійні культури можуть слугувати сировиною для виробництва біодизеля , який у майбутньому здатний цілком замінити сучасне дизельне пальне з нафти. Але це справа майбутнього, а нині бензин можна використовувати для отримання сумішей з етиловим спиртом, що виробляється з рослинної біомаси.

Отже, існуючі підприємства поки що нерентабельні, але їхня діяльність допоможе відпрацювати промислову технологію продукування паливного етанолу з лігноцелюлози , виявити критичні фактори, що впливають на економіку цієї галузі, та накреслити основні шляхи вдосконалення технології для створення рентабельного виробництва.

Список використаних джерел

1. Стасик О.В., Сибірний А.А. Механізми біогенезута деградації пероксисом у дріжджів // Вісн. Наук.товариства ім. Т.Г. Шевченка. -- 2003. - 271--283с.

2. Brown M.A., Levine M.D., Romm J.P.R.A.H., Koomey J.G.Engineering economic studies of energy technologiesto reduce greenhouse emissions: opportunities andchallenges // Ann. Rev. Energy Environ. -- 1998. --23. -- Р. 31--39.

3. Глюкоза в нашому житті : Підручник / Рабинович М.Л., Мельник М.С., Болобова А.В. - А.: Прикл. биохим. микробиол. -- 2002. - 305--306 с.

4.  Рослинна біомаса :Навчальний посібник / Микитуєнко О.М., Грицайчук В.В. - М.: Літера, 2011.- 169с.

5. Нове життя в чистому довкіллі : Підручник / Габовичов Р.Д., Познанский С.С., Шахбазян . - К.: Вища школа, 1983. - 320 с.

6. Життя в новітній ері : Навчальний посібник / Г Сердюк A.M., Приходський та ін. - К.: Лілея, 1997. - 328 с.

7. Продовольчі товари: Навчальний посібник / О.Г. Бровко, О.В. Булгакова, Г.С. Гордієнко та ін. - К.: Кондор, 2010. - 750 с.

8. Все о пище с точки зрения химика: Підручник / И.М. Скурихин, А.П. Нечаев. - М.: Высшая школа, 1991. - 289 с.

Размещено на Allbest.ru