Szukaj na tym blogu

niedziela, 30 października 2011

Biopaliwa drugiej generacji

Do biopaliw II generacji zaliczany jest etanol produkowany z surowców lignino celulozowych. Konwersja odpadków roślinnych na etanol stanowi duże wyzwanie technologiczne. Produkcja etanolu z ligninocelulozowych fragmentów roślin zaczyna się od rozdzielania kłopotliwej w hydrolizie ligniny od celulozy i hemicelulozy. Hydrolizę można przeprowadzić klasycznie przy wykorzystaniu kwasów nieorganicznych jak kwas solny lub siarkowy. Niestety w wyniku tak przeprowadzonego procesu powstają uciążliwe odpady w postaci nieorganicznych soli. Taki proces trudno nazwać „przyjaznym” dla środowiska. Z tego też względu w przy produkcji etanolu z celulozy preferowana jest hydroliza enzymatyczna, w której rozkładu celulozy dokonują enzymy wytwarzane przez odpowiednio dobrane drobnoustroje. Kluczem do efektywnej hydrolizy celulozy jest znalezienie lub stworzenie odpowiednich bakterii lub grzybów. Często wykorzystywana jest tu inżynieria genetyczna w celu usprawnienia pracy istniejących drobnoustrojów oraz zwiększenia ich odporności na czynniki zewnętrzne w tym produkty własnej przemiany metabolicznej. W wyniku hydrolizy celuloza zostaje rozbita na cukry proste, które w wyniku fermentacji mogą zostać przetworzone za pomocą drożdży na alkohol etylowy. Proces konwersji lignino celulozy na etanol może zachodzić pośrednio, gdy najpierw celuloza jest poddawana hydrolizie a następnie fermentacji lub bezpośrednio, gdy hydroliza a następnie fermentacja zachodzą w jednym reaktorze.

Jednym z bardziej znanych procesów przetwarzania celulozy na etanol jest technologia Iogen. Pilotażową instalację tego typu uruchomiono w 2004 roku w Ottawie (Kanada). W rafinerii przetwarzane są słoma, łodygi kukurydzy oraz trawy. Proces produkcji etanolu z celulozy rozpoczyna się od siekania a następnie mielenia roślin. Następnie rozdrobniony mechanicznie surowiec kierowany jest do reaktora, w którym poddawany jest obróbce cieplnej w temperaturze 180 – 250 C w obecności pary wodnej z roztworem kwasu siarkowego o stężeniu 0,5 – 2%. W takich warunkach słoma przebywa od 1 do 5 minut, po czym gwałtownie obniżane jest ciśnienie a uzyskanym produktem jest ciemnobrązowy szlam. Do tak przetworzonej słomy dodawane są celulazy w tym przypadku są to enzymy wytwarzane przez specjalnie wyselekcjonowane grzyby rozkładające drewno. Zadaniem enzymów jest hydroliza otrzymanego we wcześniejszym procesie szlamu, czyli rozkład hemicelulozy oraz celulozy na ksylozę i glukozę, czyli cukry proste. Po zakończeniu procesu hydrolizy otrzymane produkty są filtrowane w celu oddzielenia osadu od roztworu cukrów. W trzecim etapie otrzymany roztwór cukrów kierowany jest do fermentora, w którym do roztworu wprowadzane są drożdże przeprowadzające fermentacje cukrów do etanolu. Otrzymany w wyniku fermentacji roztwór etanolu poddawany jest dwustopniowej destylacji kaskadowej w wyniku, której uzyskiwany jest czysty alkohol etylowy.

Etanol produkowany ze słomy jest znacznie bardziej zrównoważonym sposobem produkcji biopaliw niż wykorzystywanie jadalnych części roślin. Należy jednak pamiętać, że proces produkcji paliw z celulozy także wymaga sporych nakładów energetycznych i jest umiarkowanie wydajny. W metodzie Iogen z jednej tony słomy uzyskuje się ok. 280 litrów etanolu.

Biopaliwa II generacji w tym przypadku etanol produkowany z celulozy są często określane przyszłością motoryzacji. Choć produkowane w ten sposób biopaliwa charakteryzują się lepszą ekonomiką oraz lepszym bilansem energetycznym to jednak osobiście uważam, że przyszłością transportu jest odejście od silników benzynowych a nie sama zmiana paliwa. 
Schemat procesu wytwarzanie etanolu ze słomy źródło:IOGEN corporation

środa, 19 października 2011

Hałas z turbin wiatrowych

Turbiny wiatrowe zdecydowanie nie mają dobrej prasy. Jednak wiele problemów związanych z działaniem elektrowni wiatrowych jest wyolbrzymionych. Prowadząc liczne warsztaty z energetyki odnawialnej często spotykam się z opiniami uczestników na temat dużego nieprzyjemnego hałasu, jaki towarzyszy pracy elektrowni wiatrowej. Ciekawe jest, że osoby, które zazwyczaj najbardziej obawiają się o hałas nie mieszkają w pobliżu turbin wiatrowych a często nawet nie były na pracującej farmie wiatrowej.

Jakie natężenie ma hałas z turbin wiatrowych? 
Hałas z turbin wiatrowych na tle innych hałasów
Powyższa grafika wskazuje, że turbiny wiatrowe spośród różnych źródeł dźwięków klasują się w dolnej części stawki. W odległości 150m od elektrowni wiatrowej poziom hałasu wynosi ok. 45 dB czyli mniej niż hałas jaki panuje w domu podczas oglądania TV czy rozmowy. Samochód jadący z prędkością 65 km/h w odległości 100 m generuje hałas 55 dB a ciężarówka jadąca z prędkością 50 km/h oddalona w odległości 100m to 65 dB. Wszechobecne samochody to poziom hałasu znacznie wyższy niż farma wiatrowa. Miejski ruch uliczny to aż 90 dB na tym tle turbiny wiatrowe są naprawdę ciche. Należy także zaznaczyć, że elektrownia wiatrowa pracuje w polskich warunkach wietrzności od 15 – 25% dni w roku, co oznacza, że przez resztę czasu jest nieruchoma i nie emituje hałasu. Dodatkowo podczas wietrznej pogody sam wiatr poruszając naturalne przeszkody jak drzewa stwarza głośne tło, na którym hałas turbin jest mniej słyszalny.

Rodzaje hałasu turbin wiatrowych.

W przypadku turbin wiatrowych mamy do czynienia z dwoma źródłami, rodzajami hałasu:
  1. aerodynamicznym, który emitowany jest przez obracające się łopaty wirnika,
  2. mechanicznym, który, emitowany jest przez przekładnię i generator.
Nowe turbiny wiatrowe dzięki izolacji akustycznej gondoli, mają w znacznym stopniu ograniczony hałas mechaniczny do poziomu praktycznie nie słyszalnego przez człowieka gdyż zagłuszany jest on przez głośniejszy szum aerodynamiczny. Hałas mechaniczny stanowi problem w starych modelach turbin, które obecnie są demontowane za granicą i niestety często instalowane w Polsce. Poziom emitowanego hałasu mechanicznego wzrasta wraz z wiekiem turbiny o ok. 1% rocznie. Dlatego stare przestarzałe turbiny mogą być źródłem nadmiernego hałasu.




Film nagrany w Parku wiatrowym Tymień. Można zauważyć że szum samego wiatru jest głośniejszy niż same turbiny a najgłośniej słychać ptaki :)

--------------REKLAMA------------

czwartek, 13 października 2011

Samochód na wodę – prymitywny sposób żerowania na niewiedzy.

Po chwili przerwy w polskim Internecie znów pojawił się temat samochodów na wodę a konkretnie generatora HHO.

Schemat ideowy generatora HHO źródło motohobby.net

W telegraficznym skrócie zasada działania tego urządzenia polega na wykorzystaniu energii elektrycznej wytwarzanej przez alternator samochodu do elektrolizy wody a następnie dodanie mieszanki tlenu i wodoru do powietrza dolotowego i w konsekwencji jego spalenie wraz z paliwem. Producent twierdzi, że takie rozwiązanie ogranicza zużycie paliwa od 25 – 30%. Jeżeli byłaby to prawda konstruktor powinien dostać już dawno nobla z fizyki, której podstawy po takim odkryciu powinny zostać gruntownie zmienione.

Fizyka mówi, że w idealnym układzie izolowanym podczas konwersji suma wszystkich rodzajów energii układu jest stała. Dodatkowo w rzeczywistych układach każda przemiana energii związana jest z jej stratą do otoczenia układu.

Samochód jest typowym układem, w którym duża część energii podczas jej przemian jest tracona z układu do otoczenia głównie w postaci ciepła. Z tego też względu zastosowanie generatora HHO zgodnie z obecną wiedzą może jedynie przyczynić się do zwiększenia a nie zmniejszenia zużycia paliwa.

Policzmy.
  • Sprawność wytwarzania wodoru – ok. 50% (może być bardzo różna)
  • Sprawność alternatora – 80%
  • Sprawność silnika (diesel) 45%
  • Sprawność procesu – 0.5*0.8*0.45 = 18%

W tym uproszczonym zestawieniu otrzymujemy, że tylko 18% energii zawartej w oleju napędowym zostanie zgromadzone w energii chemicznej mieszanki wodoru i tlenu powstałej z wody. Z litra ON otrzymujemy 0,18l ekwiwalentu energetycznego HHO. Jeżeli mieszanka wytworzonego wodoru i tlenu trafi do silnika część zawartej w niej energii zostanie z powrotem odzyskane ok. 45%. Przeliczając dalej 0.18*0.45 = 8,1% czyli finalnie nasz generator przyczynia się do obniżenia sprawności układu o ok. 91.8 %.

czwartek, 6 października 2011

Turbiny wiatrowe i szpecenie krajobrazu?

Turbiny wiatrowe często oskarżane są o negatywne oddziaływanie na środowisko w tym o szpecenie krajobrazu. W pierwszej chwili do mnie też trafił argument, że krajobraz z turbinami wiatrowymi jest zeszpecony jednak po głębszym zastanowieniu i obserwacji najbliższej okolicy zacząłem zastanawiać się czy przy obecnym zurbanizowaniu i przekształceniu krajobrazu turbiny wiatrowe są w ogóle w stanie go zeszpecić? 
Park wiatrowy Tymień
Turbiny wiatrowe zdecydowanie są wyrazistym elementem krajobrazu i w przypadku dużych parków wiatrowych powodują wyrazistą zmianę krajobrazu. Jednak jeżeli spojrzymy na otaczającą nas okolicę znajdziemy w niej wiele równie wyrazistych elementów, które znacznie bardziej niż turbiny wiatrowe „szpecą” wygląd okolicy a mimo to akceptujemy ich obecność w krajobrazie z uwagi na korzyści i wygodę, jaką nam dają. 

Szpecenie krajobrazu top 4 

1- Linie wysokiego napięcia
Znajdują się wszędzie a przy ich budowie zakłady energetyczne nie wykazują nawet minimum starań o efekt wizualny.

2- Nadajniki GSM i inne
Bardzo popularne i coraz liczniejsze z uwagi na rozwój telefonii komórkowej. Także w tym przypadku konstruktorzy nie przykładają żadnej wagi do estetyki stosując maszty kratownicowe. 

3- Kominy (dymiące)
Nieodzownym elementem fabryk, ciepłowni i elektrowni pozyskujących energię z paliw kopalnych. Kominy są zdecydowanie mało estetyczne zwłaszcza, gdy wydobywa się z nich dym.


4- Bloki
Pozostałość z budownictwa PRL-u znajdują się w każdym polskim mieście i miasteczku bloki w kształcie prostopadłościanu w mojej ocenie najbardziej szpetny element naszego krajobrazu. 


Piękno jest pojęciem względnym i każdy ma prawo do własnej oceny jednak zanim zaczniemy narzekać na szpetne turbiny wiatrowe powstające w naszej okolicy zastanówmy się czy oby na pewno są one najgorszym elementem naszego krajobrazu.

sobota, 1 października 2011

Czy biomasa pozwala rzeczywiście ograniczyć emisję CO2 ?

Produkcja biopaliw ich przetwarzanie oraz spalanie wywołuje szereg negatywnych skutków dla środowiska, dlatego w mojej ocenie spośród odnawialnych źródeł energii biomasa charakteryzuje się największym negatywnym oddziaływaniem na środowisko. 
Wykorzystanie nieużytków zwiększa emisję CO2! 
W Polsce często mówi się, że mamy duży potencjał wykorzystania biomasy z uwagi na duże obszary nieużytków rolnych. Osobiście jestem przeciwny takiemu działaniu z uwagi na znaczący negatywny wpływ na środowisko. Nieużytki są zazwyczaj siedliskiem bogatej flory i fauny, która zostanie zniszczona przywracając uprawę rolną na tym terenie. Dodatkowo zagospodarowanie tych terenów pod uprawę biopaliw będzie wiązać się z użyciem środków ochrony roślin oraz nawozów. Niestety współczesna uprawa rolna nie jest przyjazna dla środowiska. Zagospodarowanie nieużytków pod uprawę biopaliw nie można także uzasadnić ograniczeniem emisji CO2 gdyż przy takim działaniu dochodzi w praktyce do zwiększenia emisji. Rosnące na nieużytkach rośliny trawy i drzewa absorbują i wiążą w swoich tkankach węgiel z atmosfery. Część tego węgla jest uwalniania z powrotem do atmosfery przez organizmy żyjące na tym obszarze jednak większość jest gromadzona w ziemi i roślinności. W ten sposób rosnące rośliny mają zdolność bilansowania emisji ze spalania paliw kopanych. W innym przypadku, gdy nieużytki zostaną wykorzystanie do oprawy biopaliw spalanych np. w elektrowniach w celu zastąpieniu paliw kopalnych bilans emisji CO2 w efekcie tej zamiany może się zwiększyć w przeliczeniu na jednostkę wyprodukowanej energii. Po pierwsze biomasa jest zazwyczaj spalana z niższą efektywnością niż paliwa kopalne. Po drugie zagospodarowane pod uprawę nieużytki odznaczały się ujemnym bilansem emisji i absorpcji węgla. Z tego względu działaniem bardziej efektywnie ograniczającym emisję CO2 jest zalesianie nieużytków niż wykorzystywanie ich w zastępstwie paliw kopalnych. 

Niedawno opublikowany raport Greenhouse Gas Accounting in Relation to Bioenergy nie pozostawia wątpliwości, że w europie przeszacowany został pozytywny wpływ biomasy na ograniczenie emisji CO2. W mojej ocenie koniecznie należy zweryfikować założenia odnoście wsparcia dla biomasy a w szczególności ograniczyć a następnie wyeliminować wsparcie dla bioupraw przy jednoczesnym zwiększeniu zachęt do wykorzystania i zagospodarowania bioodpadów.