Principală » 2012 » Iunie » 28 » Biocombustibilii – soluția viitorului
18:52:04
Biocombustibilii – soluția viitorului
Potrivit studiului tip brainstorming inițiat de Deutsche Post DHL la care au participat peste o mie de specialiști – Customer Needs in 2020 and Beyond[1], o nouă criză energetică severă este posibilă în viitorul nu prea îndepărtat, iar exigențele privind depoluarea mediului nu mai par astăzi exagerate nimănui. În aceste condiții, identificarea unor noi surse de energie este o soluție și o necesitate stringentă. Uniunea Europeană și România au la îndemână „soluția verde” energetică: biocombustibil (biodiesel, bioetanol, biogaz) și în context mai larg resursele energetice regenerabile, care soluționează în mare parte și problematica mediului tot mai poluat de industriile clasice.
 
Biocombustibilul este cea mai promițătoare materie primă energetică
Omul a fost nevoit, de-alungul istoriei, să folosească diverse surse de energie: focul alimentat cu deșeuri vegetale pentru încălzirea habitatului său și prepararea hranei, sursele vegetalo-animaliere pentru menținerea metabolismul și acumularea de energie, cărbunii fosilizați și petrolul, energia electrică, geotermală, eoliană, solară, nucleară, electromagnetică, fotonică etc. Observăm că inițial combustibilii au fost folosiți la încălzire, apoi s-a trecut la propulsie (transportul a devenit total dependent de combustibilul lichid) și la sinteza unor valoroși produși chimici. Biomasa vegetală poate fi convertită direct în combustibil, dar problemele tehnice, economice și de mediu ambiant nu sunt puține.
Consumul îndelungat, dar și excesiv al produselor vegetale, singurele regenerabile în natură, dar mult sub nivelul și ritmul consumului acestora, ridică cu acuitate necesitatea raționalizării și chiar a conservării lor. Biocombustibilul răspunde acestei tendințe, fiind și resursă regenerabilă, alături de energia hidro, solară, geotermală, enzimatică etc. Folosirea altor resurse „alternative”, cum ar fi hidrogenul ridică încă dificile probleme tehnice. În sfârșit, automobilul electric este silențios, dar capacitatea limitată a curentului înmagazinat în baterii, face o autonomie de funcționare de numai 4-5 ore și chiar mai mică dacă se folosește și climatizarea.
Sunt două categorii principale de biocombustibili lichizi: etanolul și biodieselul, din care se obține și kerosenul. Biogazul este un metan produs prin arderea materiei organice sau în condiții de fermentare anaerobă (în lipsa oxigenului). Trecerea de la combustibilii solizi (lemn), la cei lichizi și apoi la cei gazoși (LPG și gaz metan) corespunde cu ideea instinctivă de progres și de sporire a bunăstării populației.
Pledoarie pentru biodiesel
Pionierul biocombustibililor a fost Rudolf Diesel, care în anul 1900 a inventat motorul care îi poartă numele alimentat cu ulei din arahide. Biocombustibilul tip motorină se fabrică din grăsimi (lipide solide) și uleiuri (lipide lichide). Materia primă obișnuită este uleiul comestibil de floarea soarelui, de rapiță/ canola (în Europa), de soia (în America), de palmier sau arahide (în Asia de sud-est), precum și uleiul necomestibil din Jatropha curcas, din camelină (Camelina sativa) ș.a., grăsimi vegetale, chiar și reziduri de la uleiul folosit în bucătărie.
Uleiurile și grăsimile sunt un conglomerat de substanțe organice, majoritatea fiind trigliceride, formate așa cum le arată numele din trei molecule de acizi grași uniți cu o moleculă de glicerol (sau glicerină).
 
Biodieselul se obține prin mai multe metode. Rețeta clasică de combustibil Diesel fabricat din ulei vegetal include, în afara uleiului vegetal și următoarele ingrediente: Solvenți, care pot fi: alcooli inferiori: metanol, etanol, propanol, izopropanol, 2-propanol, n-butanol, t(erț)-butanol, izobutanol. Metanolul/ alcoolul metilic şi etanolul/ alcoolul etilic fiind cei mai ieftini sunt cei mai utilizați. Alcoolul metilic C2H5-OH mult diluat este oțet, iar alcoolul etilic CH3-OH este spirtul sanitar mai diluat. Acizi: acidul acetic CH3-COOH a fost testat în laborator, cu rezultate promițătoare. Catalizatori, care pot fi: bazici: hidroxid de sodiu NaOH (sodă caustică), hidroxid de potasiu KOH (sodă potasică), sau metoxid de sodiu (ultimul format în proporție 1:4 între sodă caustică și metanol). Acizi: acid sulfuric, acid fosforic, acid carbonic. Enzime care descompun grăsimile: cea mai cunoscută este lizina (nume industrial Lypozyme 435) în care caz este nevoie de solventul acid acetic.
Neutralizatori care anihilează resturile de catalizatori din biodiesel. Din punct de vedere chimic, acesta este opus catalizatorului: dacă se folosește catalizator bazic, neutralizatorul este acid și invers. Astfel, pentru neutralizarea acidului acetic ar trebuie o bază, de exemplu NaOH.
Biodieselul este din punct de vedere al chimiei organice un ester (o „sare” formată prin unirea alcoolilor cu acizi) și anume un metil-ester (se schimbă grupul alchil din uleiul gras cu grupul metil), de aceea toate procedeele de obținere și purificare se bazează pe transesterificare. În cazul transesterificării cu metanol (reacția se definește ca metanoliză, care cea mai important reacție, dar nu singura) rezultă cam 25% glicerină, astfel:
RCOOR' (grăsime sau ulei) + NaOH (alcal/ bază) + MeOH (metanol) RCOOMe (amestec de metil-esteri, adică biodiesel) + glicerol/ glicerină, sau și mai desfășurat:
CH2OORa                        catalizator                    CH2OH
|                                       â                                |
CHOORb    +   3CH3OH    ó    3CH3OORx   +  CHOH
|                                                                              |
CH2OORc                                                             CH2OH
  Ulei                Metanol               Biodiesel           Glicerină/ glicol
În procedeul clasic deja pus la punct, biodieselul final trebuie apoi spălat cu apă, neutralizat și „uscat” în vederea scoaterii „sărurilor” și apei. Glicerina este un valoros produs secundar utilizat în industria săpunurilor, ca îngrășământ și în alte scopuri industriale.
Costul materiei prime nu este mare, însă al investiției în instalațiile de producție a uleiului vegetal este semnificativ. Amortizarea se face relativ rapid dacă prețul biocombustibilului este apropiat cu cel al combustibilului mineral. Simplu spus, uleiul vegetal care este relativ „gros” va trebui „subțiat” sau amestecat cu combustibilii clasici pentru a nu distruge sistemul de injecție Diesel. Pe piața altor țări există tipurile de benzină și motorină B5 sau B10, adică biocombustibilul reprezintă 5%, respectiv 10% în total combustibil. Sunt necesare mici modificări ale motorului și sistemului de alimentare al autoturismelor, altfel în capul pistoanelor se va depune calamină, o substanță formată din rezidurile esterice ale uleiurile arse la temepraturi și presiuni ridicate. De asemnea, biodieselul este coroziv asupra furtunelor actuale din plastic şi cauciuc.
Astăzi se cunosc condițiile tehnice folosirii uleiului la motoarele Diesel adaptate uleiului vegetal, care, la rândul lui, trebuie degumificat de substanțele fosforoase și înlăturate săpunurile, care sunt aglomerări de trigliceride și esterii acestora. Pentru a fi stabil termic și antioxidativ,  „dieselul verde” este îmbunătățit prin adăugarea de aditivi, sau hidrogenarea (adăugarea de hidrogen) acizilor grași polinesaturați sau monosaturați (aducerea la indicele iodului de » 80)
Producerea pe scară mare a biodieselului necesită următoarele faze:
Încălzirea uleiului în așa-numitul reactor/ procesor[2] la 50-550C.
Se adaugă o parte metanol la 5 părți ulei.
Separat se pregătește metoxidul = metanol + sodă NaOH (în proporție 4:1) care se recirculă/ amestecă (cu o pompă) prin procesor timp de o oră.
Se lasă la sedimentat cel mai bine într-un vas conic, apoi glicerina și alte impurități se scot prin scurgere de la partea inferioară a vasului.
Spălarea cu apă pentru a înlătura materialul care parțial a reacționat chimic cu metanolul, săpunul, glicerina etc.
Uscarea (înlăturarea săpunului și a apei) prin încălzirea materialului rămas, apoi prin decantare. Se suflă aer cald, care absoarbe vaporii de apă. Uscarea se poate face și cu silicat de magneziu (magnesol) sau cu o rasina (silicagel), ambele absorbante ale apei.
Este necesar aici un comentariu: etanolul se produce în principal din amidonul boabelor de porumb, grâu și alte cereale, din zahărul trestiei de zahăr, precum și din lignoceluloza vegetală. În ultimul caz, cunoscut drept biocombustibil de gereația a II-a se obține biodiesel BTL (Biomass-To-Liquids) prin gazificarea biomasei și apoi aplicarea sintezei Fischer-Tropsch. Materiile prime pentru combustibilii de ardere sau fabricarea etanolului includ nu numai lemn şi deşeuri din lemn, dar și paie, coji, deşeuri animale, ale municipalității, precum și culturi energetice dedicate (plopi, răchită, sălcii). Deoarece petrolul are putere energetică (cifră octanică) mai mare decât etanolul, ultimul se amestecă cu benzina, de obicei în proporție de numai 5-10%. La prima vedere s-ar putea aprecia că în loc de metanol și NaOH, sau etanol și KOH, mai simplu ar fi să se utilizeze direct etanol. Producerea etanolului necesită însă cantități apreciabile de combustibili fosili pentru întreținerea procesului de gazeificare Fischer-Tropsch și în plus nu este o sursă pe deplin „verde”.
 
Soluție pentru micii fermieri
Bioreactoarele cu capacități mari sunt soluții industriale complexe, care depășesc materialul de față. Producția pe scară mare a biocombustibililor, mai ales a biodieselului este costisitoare, iar greșelile se plătesc scump. Totuși, sunt fermieri și întreprinzători români care folosesc 100% biodiesel la motoarele de tractor Brașov, ARO, combinele de cules cereale și chiar la autoturismele mai vechi cu injecție indirectă și chiar ulei presat la rece, în ultimul caz răzuind periodic calamina de la pistoane. De menționat că uleiul presat la rece (Straight Vegetable Oil - SVO) nu este biodiesel. Uleiurile vegetale din floarea soarelui sau de rapiță sunt biodegradabile, reduc emisiile poluante cu 25-50% și sunt ușor de amestecat cu motorina obișnuită.
Lumea asiatică a inventat mijloace extrem de simple de extragere a uleiului evitând presele la rece: presa hidraulică și dispozitivul Bielenberg, ambele acționate manual.
 
În cazul României, camelina ar fi planta producătoare de bioulei având caracteristicile de combustie și ardere cele mai apropiate motorinei. Prin hidrogenarea electrochimică se poate îmbunătăți calitatea (smoke point) și fabrica benzină ușoară (kerosen), folosită în transportul aviatic. Planta nu are cerințe ridicate față de sol și umiditate și oferă o oportunitate pentru cele patru milioane de hectare aflate în proprietatea micilor agricultori. Prin presare la rece se obține un valoros ulei comestibil, cu multă omega-3 (acid gras polinesaturat din categoria „colesterolului bun”). Din producția la hectar de 2.000 tone semințe se obţin, după rafinare, cca 650 kilograme de biokerosen, care ar însemna un venit de 2.000 de lei/ hectar. Poate fi cultivată toamna târziu sau primăvara devreme când, în maxim trei luni, poate fi recoltată. Tarom, Airbus și Centrul de biotehnologie al Facultăţii de Agronomie Bucureşti (Biotehgen) au demarat acum doi ani un proiect al cultivării de camelină în mai multe județe din România și au testat prelucrarea uleiului până la faza de biokerosen, iar în prezent construiește o rafinărie de kerosen la Câmpina.
În prezent, în România există circa 40 de producatori de biodiesel înregistrați fiscal. A fost înființată Asociația Biocombustibili în Romania (ABR), în cadrul căreia funcționează un Grup tehnic consultativ pentru orientarea activității pe domenii specifice.
Bioindustriile sunt în stadiul încă al încercărilor și, tot mai clar, o opțiune de neevitat în viitor. Cu atât mai stringent pentru România care are un important potențial agricol (14,7 milioane ha, din care 10 milioane ha teren arabil). Deciziile strategice privind asigurarea securității energetice, combaterea efectului de seră (mai ales a CO2), îmbunătățirea balanței de plăți externe, crearea de noi locuri de muncă și creșterea nivelului de trai al populației se pot realiza simultan și cumulativ prin dezvoltarea biotehnologiilor.
Preocupare europeană și în România
În ianuarie 2007 Comisia Europeană a elaborat pachetul de măsuri pentru politica energetică și combaterea schimbărilor climatice, angajându-se să atingă următoarele obiective până în 2020:
- reducerea emisiilor de gaz cu cel puţin 20%;
- sporirea eficienţei energetice cu 20%;
- creşterea producției de energie regenerabilă la 20%;
- aportul biocombustibililor de 10%  în total combustibilul pentru transport (sub formă de mix cu combustibilii clasici).
În fapt, UE este lider mondial și cea mai consecventă instituție în promovarea biocombustibililor  și a resurselor regenerabile în general (în centru fiind biodieselul, energia eoliană și fotovoltaică). In momentul de față sunt peste 300 fabrici de biodiesel în Europa, cele mai multe în Germania și Franța. Sunt țări, precum Marea Britanie care și-au propus reducerea emisiilor nocive în atmosferă chiar cu 80% până în 2050, iar în transporturi cu 40%.
Treptat dar sigur, petrolul încetează să fie cea mai ieftină sursă de combustibil lichid inclusiv în România, țară producătoare a 4,3 milioane tone de țiței (cu o producție zilnică de 89.000 barili în 2010, locul 9 în topul marilor producători din Europa-Asia, cca 60% din necesar anul al țării). Ministerul român al economiei a decis ca benzina și motorina vor trebui sa conțină în 2013 cel puțin 7% biocarburant, 9% în 2017, iar în 2018 se va atinge ținta UE de 10%. Orientarea spre biocombustibil va deveni o realitate dacă se va ajunge, potrivit unor estimări ale Asociației Biocombustibili în Romania la prețul carburantului la pompă de 7 lei/ litru. Deci în prezent ar trebui o subvenție de apoape 1 leu/ litru. Cum acest lucru nu se întâmplă, biocombustibilul este importat, inclusiv din afara spațiului UE. Interesant este că impulsul dezvoltării producției de biocombustibili a venit din exterior, de exemplu prin construcția de către consortiului portughez Martifer a uzinei de biodiesel de la Lehliu Gară (100.000 de tone de biodiesel/an),  grupul german MAN Ferrostaal la Sibiu, o firmă americană intenționează construcția unei fabrici în Zona Industriala Nadlac etc. Sunt în lucru fabrici cu capital integral românesc de biodiesel la Vaslui și bioetanol la Zimnicea. Așadar, între teritoriul românesc pare a fi împânzit de această idee și avantajele biodieselului.
Mai trebuie arătat că există o competiție între producția de biocombustibil și producția agricolă, dată de limitarea terenului agricol. Această idee a pornit chiar de la un raport confidențial al Băncii Mondiale, care arăta că „biocombustibilii au fortat creșterea prețului la alimente cu 75%”[3]. Un studiu UE arată că aplicarea planului de implementare a producției și consumului de biodiesel ar scoate în 2020 din circuitul agricol alimentar european o suprafață echivalentă cu a Irlandei (70,3 mii Km2). Propunerea de utilizare a algelor pentru a produce biodiesel amplasate, de exemplu în deșert, nu este o soluție accesibilă României precum și altor țări, datorită costurilor ridicate. Biocombustibilii pot oferi avantaje asupra combustibililor fosili dacă se adoptă măsuri tehnice și organizatorico-economice corespunzătoare. De exemplu, în SUA s-a calculat că dacă s-ar aplica o subvenție de 0,50 dolari la prețul combustibilului la  pompă, producția de bioetanol din cereale ar crește la 12% din totalul consumului de benzină și 6% de biodiesel (mai ales cel obținut din soia modificată genetic).
Concluzii pentru viitor
Utilizarea pe scară largă a bioenergiei este importantă pentru viitor, din trei motive cu efect pozitiv cumulat. Se realizează eliminarea dependenţei de combustibilii fosili, combaterea încălzirii globale şi creşterea calității vieții.
Cooperarea internațională, de exemplu în domeniul energiei electrice, biogazului, foto-voltaice și altor surse energetice regenerabile nu este pusă la punct și mult în urma unor programe naționale. Austria, Germania, Canada şi Slovenia au deja „sisteme energetice comunitare” care înseamnă racordarea la sistemul de alimentare cu bioenergie a unor clădiri de locuit, magazine, garaje, clădiri ale municipalității, şcoli și spitale etc. Țări extracomunitare, precum SUA, Japonia sau Austria au dezvoltat programe asemănătoare, cu susţinere guvernamentală pentru, de exemplu la conectarea panourilor solare la reţeua electrică. Toate țările puternic industrializate au deja parcuri eoliene, interconectate la rețeaua națională energetică. În general fiecare țară încearcă să-și utilizeze potențialul și posibiltățile naturale interne. Astfel, Brazilia utilizează masiv trestia de zahăt pentru producția de alcool etilic și la încălzit.
Pentru viitorul nu prea îndepărtat ar trebui actualizată strategia energetică guvernamentală pe cel puțin următoarele direcții:
În plan legislativ: stimularea producției bioenergiei și a investițiilor în domneniu prin acordarea de facilități fiscale și taxe reduse la fabricarea combustibilului şi înlăturarea cenuşii. Reglementări de mediu au prevederi la noxe (CO2, CO, NOx, SO2, sau HC), calitatea aerului şi combaterea poluării solului și apelor. Obiectivul este ușurat în materia standardizării, dat fiind că în acest domeniu standardelor europene devin naţionale.
Analizele comparative de preț arată că încă bioenergia este puțin atractivă în comparație cu utilizarea combustibililor fosili. Pentru ca biomasa să fie ieftină trebuiesc alese imputuri reduse (îngrășăminte și pesticide cât mai puține, lucrări agricole minime), să fie utilizate terenurile cu slabă valoare agricolă și soiuri înalt productive. Camelina oferă, așa cum am arătat, încă de pe acum eficiență la micul și marele fermier, cât și la procesator.
Înființarea de Comitete tehnice (inter)guvernamentale care să elaboreze standarde pentru sisteme de energie şi pentru toate componentele acestor sisteme.
Soluționarea problemelor de securitate, de exemplu la transportul și depozitarea solvenților și bazelor/ acizi folosiți drept catalizatori și neutralizatori. Metanolul provoacă orbirea și este metabolizat de organismul uman sub formă de aldehidă formică și acid formic, toate toxice, iar soda caustică este puternic corozivă. Chimiștii au dezvoltat și metode non-bazice, pornind de la ideea că NaOH de exemplu nu este de fapt un catalizator (cum ar fi paladiul introdus drept aditiv în uleiurile de motor) ci un reactant.  În acest idee se poate folosi acidul acetic, iar enzima lipaza (care descompune grăsimile chiar și la temperatura camerei) este un veritabil catalizator (care prin definiție nu terbuie să intre în reacție, ci numai să o accelereze). Dificultatea în această metodă este „imobilizarea” enzimei pe un mediu solid (silicagel, celită, chitosan), din care să intervină în reacție fără a se consuma rapid. Catalizatorii metalici conținuți de exemplu în diverse nămoluri, cleiuri, zeolit sunt și ei în centrul atenției.
Piața biodieselului nu este constituită. În prezent, dacă cineva fabrică biodiesel devine din punct de vedere legal producător de combustibili, deci va fi împovărat de taxe. Prețul materiilor prime încă oscilează în limite largi, imposibil de programat de către micii fermieri. Celelalte imput-uri (ulei vegetal, solvenți, catalizatori, neutralizatori) se procură greu, la prețuri ridicate, iar condițiile speciale de manipulare, transport și depozitare sunt alte obstacole. Glicerina, care încă mai conține solvenți și catalizatori între 10% și 20% din totalul biodieselului poate fi utilizată în viitor la fabricarea săpunului, drept compost sau chiar ca un combustibil inferior.
Urmând trendul imprimat de UE, România se adaptează la soluțiile energetice ale viitorului. România are cea mai înaltă dinamică a dezvoltării energiei eoliene din Europa. Interesul pentru parcuri eoline în Dobrogea, Moldova și Transilvania se materializează prin contribuția unor firme precum CEZ (Republica Cehă, parcul de 300 MW de la Fântânele – Dobrogea este al doilea ca mărime în Europa), Monsson Group (Suedia), Electrica Distribuţie Muntenia Nord SA, Iberdrola (Spania), EDP Renovaveis (Portugalia), OMV/Petrom (Austria), Vestas (Danemarca).
Programul „Casa verde” și anveloparea clădirilor este teoretic demarat, dar de exemplu trecerea la primării a cofinanțarea montării de instalații solare de apă caldă este o frână datorită birocrației și insuficienței fondurilor locale.
Nișa de oportunitate pentru România este biodieselul. Însă constatăm că firma Dacia nu a publicat niciun studii privind utilizarea biodieselului, deși utilizatorii acestui tip de autoturism au mare interes pentru folosirea biocarburanților.
Dr. Gelu Angheluță
  
[1] Se poate consulta pe http://www.dp-dhl.com/en/logistics_around_us/delphi_study.html from April 2012
[2] Descrierea processului de fabricație o puteți găsi de exemplu la http://www.mangus.ro/pdf/Procesoare%20biodiesel%20-%20oferta%20generala.pdf
[3] Vezi și contraargumentele în http://euractiv.blogactiv.eu/2008/07/14/biofuels-play-small-role-in-food-prices/

Vizualizări: 9178 | Adăugat de: constantinradut | Tag-uri: biocombustibili | Rating: 0.0/0
Total comentarii : 0
Doar utilizatorii înregistraţi pot adăuga comentarii
[ Înregistrare | Autentificare ]
Contact:
JAR - Jurnalul agriculturii româneşti
031721
Bucuresti, Romania-Roumanie
+40 (0) 725 511 887 
office.agriculturaro@gmail.com 
http://agricultura-ro.ucoz.ro


Echipa

Constantin Răduţ - editor şef

Costin Buradu - senior editor

Ion Ciprod - redactor