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