Био и възобновяеми течни горива
ЕТАНОЛ
Етанолът (CH3CH2OH) е възобновяемо гориво, което може да бъде направено от различни растителни материали, общо известни като „биомаса“. Етанолът е алкохол, използван като смес за смесване с бензин за повишаване на октановото число и намаляване на въглеродния оксид и други емисии, причиняващи смог.
Най-често срещаната смес от етанол е Е10 (10% етанол, 90% бензин). Някои превозни средства, наречени превозни средства с гъвкаво гориво, са проектирани да работят с E85 (бензин-етанолова смес, съдържаща 51%–83% етанол, в зависимост от географията и сезона), алтернативно гориво с много по-високо съдържание на етанол от обикновения бензин. Приблизително 97% от бензина в Съединените щати съдържа малко етанол.
Повечето етанол се произвежда от растителни нишестета и захари, но учените продължават да разработват технологии, които биха позволили използването на целулоза и хемицелулоза, неядливия влакнест материал, който съставлява по-голямата част от растителната материя. Всъщност няколко биорафинерии за целулозен етанол в търговски мащаб в момента работят в Съединените щати.
Общият метод за превръщане на биомасата в етанол се нарича ферментация. По време на ферментацията микроорганизмите (например бактерии и дрожди) метаболизират растителните захари и произвеждат етанол.
БИОДИЗЕЛ
Биодизелът е течно гориво, произведено от възобновяеми източници, като нови и използвани растителни масла и животински мазнини и е по-чисто изгарящ заместител на дизеловото гориво на петролна основа. Биодизелът е нетоксичен и биоразградим и се произвежда чрез комбиниране на алкохол с растително масло, животинска мазнина или рециклирана грес за готвене.
Подобно на дизеловото гориво, получено от нефт, биодизелът се използва за гориво на двигатели със вътрешно горене (дизелови). Биодизелът може да се смесва с нефтен дизел в произволен процент, включително B100 (чист биодизел) и, най-често срещаната смес, B20 (смес, съдържаща 20% биодизел и 80% петролен дизел).
ВЪЗОБНОВЯЕМИ ВЪГЛЕВОДОРОДНИ ГОРИВА
Нефтените горива, като бензин, дизелово гориво и реактивно гориво, съдържат сложна смес от въглеводороди (молекули водород и въглерод), които се изгарят за производство на енергия. Въглеводородите също могат да се произвеждат от източници на биомаса чрез различни биологични и термохимични процеси. Възобновяемите въглеводородни горива на базата на биомаса са почти идентични с горивата на петролна основа, които са предназначени да заменят – така че са съвместими с днешните двигатели, помпи и друга инфраструктура.
В момента едно съоръжение в търговски мащаб (World Energy в Paramount, Калифорния) произвежда възобновяем дизел от отпадъчни мазнини, масла и греси. Няколко компании се интересуват или от модернизиране на съществуващи изоставени обекти, или от изграждане на съоръжения на зелено за възобновяем дизел и самолети в САЩ.
ПРОЦЕСИ НА ПРЕОБРАЗУВАНЕ НА БИОГОРИВО
ДЕКОНСТРУКЦИЯ
Производството на модерни биогорива (например целулозен етанол и възобновяеми въглеводородни горива) обикновено включва многоетапен процес. Първо, здравата твърда структура на клетъчната стена на растенията, която включва биологичните молекули целулоза, хемицелулоза и лигнин, свързани плътно заедно, трябва да бъде разбита. Това може да бъде постигнато по един от двата начина: деконструкция при висока температура или деконструкция при ниска температура.
Високотемпературна деконструкция
Високотемпературната деконструкция използва екстремна топлина и налягане за разграждане на твърда биомаса до течни или газообразни междинни продукти. Има три основни маршрута, използвани в този път:
Пиролиза
По време на пиролизата биомасата се нагрява бързо при високи температури (500°C-700°C) в среда без кислород. Топлината разгражда биомасата на пиролизни пари, газ и въглен. След като въгленът се отстрани, парите се охлаждат и кондензират в течно "био-сурово" масло.
Газификация
Газификацията следва малко подобен процес; обаче биомасата е изложена на по-висок температурен диапазон (>700°C) с малко кислород, за да се получи синтез-газ (или синтез-газ) – смес, която се състои предимно от въглероден оксид и водород.
Хидротермално втечняване
Когато се работи с мокри суровини като водорасли, хидротермалното втечняване е предпочитаният термичен процес. Този процес използва вода при умерени температури (200°C–350°C) и повишено налягане за превръщане на биомасата в течен био-суров нефт.
Нискотемпературна деконструкция
Нискотемпературната деконструкция обикновено използва биологични катализатори, наречени ензими или химикали, за разграждане на суровините до междинни продукти. Първо, биомасата преминава през стъпка на предварителна обработка, която отваря физическата структура на клетъчните стени на растенията и водораслите, което прави захарните полимери като целулоза и хемицелулоза по-достъпни. След това тези полимери се разграждат ензимно или химически в прости градивни блокове за захар по време на процес, известен като хидролиза.
ОБНОВЯВАНЕ
След деконструкцията, междинните продукти като сурови биомасла, синтез-газ, захари и други химически градивни елементи трябва да бъдат модернизирани, за да се получи краен продукт. Тази стъпка може да включва биологична или химическа обработка.
Микроорганизми, като бактерии, дрожди и цианобактерии, могат да ферментират захар или газообразни междинни продукти в горивни смеси и химикали. Алтернативно, захари и други междинни потоци, като биомасло и синтез-газ, могат да бъдат обработени с помощта на катализатор за отстраняване на всички нежелани или реактивни съединения, с цел подобряване на свойствата за съхранение и манипулиране.
Готовите продукти от модернизирането могат да бъдат горива или биопродукти, готови за продажба на търговския пазар, или стабилизирани междинни продукти, подходящи за довършителни работи в нефтена рафинерия или химически завод.
