Как производят этанол и из чего: Развитие производства этанола как альтернативного источника автомобильных топлив — Экономика, финансы, рынки

Особенности производства биоэтанола. Cleandex

Биоэтанол является альтернативным видом жидкого осветленного топлива для бензиновых двигателей.

Согласно официальному определению, биоэтанол – это этиловый спирт, производимый из биомассы и/или биологически разлагаемых компонентов отходов и используемый в качестве биотоплива. Химическая формула – С2Н5ОН.

Более распространенным является определение биоэтанола как жидкого спиртового топлива, вырабатываемого из сельхозпродукции с высоким содержанием сахара и крахмала (кукурузы, зерновых, сахарного тростника и др.). 

Технология производства

Биоэтанол получают в результате спиртового брожения (ферментации частей растительного сахара и крахмала) с последующей ректификацией или гидролизным методом.

Рисунок. Технология производства биоэтанола

Процесс получения биологического спирта достаточно сложен, так как ему предшествует большое число технологических операций

, связанных с выделением отдельных компонентов из зерна: крахмала, глютена, зародыша и клетчатки,–в водной среде. Технологическая цепочка во многом схожа с процессом производства пищевого спирта. При этом в случае биологического топлива все чаще используют технологию мокрого помола зерна.

Сначала зерно очищается и замачивается. Затем направляется на мокрое дробление для последующей сепарации зародыша и отделения клетчатки. Оставшийся после сепарации раствор, содержащий растворенный крахмал и глютен, направляется на вторую стадию сепарации. На данном этапе происходит выделение глютена из оставшегося раствора с образованием влажного глютена и крахмала. Полученный влажный крахмал, посредством разных технологических операций, преобразуется в следующие продукты: сухой крахмал, этанол, концентрированную фруктозу.

В отличие от пищевого спирта, биоэтанол почти не содержит воды (его концентрация – 99,8%) и производится укороченной дистилляцией (две ректификационные колонны вместо пяти). Основными составляющими биологического спирта являются метан и сивушные масла, что делает его непригодным для питья.

Особенностью производственного процесса является получение так называемого «ко-продукта». В случае сухого помола зерна – сухая дробина с растворимыми веществами (DDGS – Distillers Dried Grains with Solubles) и СО2 ; в случае мокрого помола – глютен (пшеничная клейковина, если сырье – пшеница), СО2 и корма для животных.

Как правило, оставшиеся после ферментации продукты (оболочки зерна, дрожжи, протеин (глютен) зерна) находят широкое применение в качестве корма для скота и служат дополнительным источником прибыли для биотопливных производителей.

Углекислый газ, образующийся в больших количествах в ходе технологических операций, довольно сложно продать из-за его низкой стоимости, поэтому обычно крупные биоэтанольные компании конструируют в непосредственной близости от основного производства комплексы по переработке СО2.

 

Сырье

Современные технологи позволяют использовать практически любое сахаро- и крахмало- содержащее сырье: сахарный тростник, сахарную свеклу, картофель, кукурузу, пшеницу, ячмень, рожь и т. д.

Таблица. Объем производства биоэтанола из различных сельскохозяйственных культур

Специалисты Российской биотопливной ассоциации отмечают, что клубневые культуры, с учетом показателей урожайности и стоимости сырья на литр биоэтанола, могут также использоваться для производства биологического топлива наряду с зерновыми. Однако сам процесс их производства довольно трудоемок и экономически не столь привлекателен. Картофель, по мнению специалистов, целесообразно использовать лишь в качестве дополнительного сырья.

Самыми распространенными сырьевыми источниками являются сахарный тростник и зерно, причем в 90% зерна приходится на кукурузу.

Организация производства

Производство биоэтанола представляет собой технологический процесс, аналогичный производству пищевого спирта (только количество ректификационных колонн – две, а не пять).

По оценкам Российской биотопливной ассоциации, размер участка для завода мощностью около 150 млн л этанола и 128 тыс. т сухой барды должен составлять 10–16 га (примерно 200*500 м). В случае организации рельсового кольца для железнодорожного состава в 100 вагонов, необходимо 60–70 га земли.

Биозавод топливного этанола очень энергоэффективен. Везде, где можно, энергия восстанавливается и используется в дальнейших процессах. Современные параметры использования энергии (сухой помол, кукуруза): электричество – 0.30 кВт-час на литр этанола; энергия–10.0 МДж на литр; вода – 3 литра на литр этанола.

Как правило, организация биотопливного производства подразумевает создание полного производственного комплекса – от переработки сырья до получения готового биологического продукта.

Главный критерий выбора той или иной сельхозкультуры – ее доступность и наличие для переработки круглогодично. Значительным преимуществам в условиях нестабильных цен на зерно и масличные растения является наличие собственной сырьевой базы.

Инвестиции

По экспертным оценкам, стоимость строительства завода по производству биоэтанола находится в пределах от 0. 5 до 1.0 доллара за литр мощности.

Показатели рентабельности во многом зависят от действующих цен на нефть в стране: чем они выше, тем больше доходность от изготовления биотоплива. Например, в Европе при достаточно высоких ценах на традиционные энергоресурсы, этот показатель достигает – 30–35%. В России же он несколько ниже.

К ведущим способам повышения рентабельности можно отнести организацию собственного изготовления сырья и развитие переработки «ко-продуктов» и их последующую продажу.

 

Более подробная информация об особенностях организации производства биоэтанола в условиях российского рынка представлена в отчете «Маркетинговое исследование рынка биотоплива» 

Источник: Cleandex.ru/Research.Techart

Лидер по экологически чистой энергии — Энергия роста — Этанол | New Holland (RU)

​​​Вы когда-нибудь предполагали, что ваши сельскохозяйственные культуры могут быть чем-то большим, чем просто продуктами питания для животных и людей? Вы когда-нибудь думали, что они могут использоваться для энергоснабжения не только вашей фермы, но и местного сообщества, а также общественного транспорта? Если вы ответили «Нет», то сейчас самое время, чтобы мы познакомили вас с производством биоэтанола.

Сельскохозяйственные культуры, которые вы выращиваете на своих полях, можно достаточно просто преобразовать в энергию при помощи весьма незатейливого процесса. Гениально, не так ли?​

ЭНЕРГИЯ РОСТА. РАСТУЩИЕ ФЕРМЫ

 Почему биоэтанол? Это довольно просто: он горит чище, чем продукты на нефтяной основе, что, в свою очередь, уменьшает зависимость от нефти. Важным фактором является то, что биоэтанол входит в комплексный план по устойчивому ведению сельского хозяйства, цель которого — обеспечить достаточное количество основных продуктов питания для всего мира, в целом, и для вашего поголовья скота, в частности.

Показать детали

ВЫРАЩИВАЙТЕ ЭНЕРГИЮ, КОТОРАЯ ПОДХОДИТ ИМЕННО ВАМ

New Holland является ведущим партнером по оборудованию для компании Growth Energy и 75 поддерживаемых ею заводов по производству этанола. Кроме того, от этого союза в США выиграют престижные автомобили серии NASCAR, которые работают на смеси E15, 15%-ном этаноле.

Целый ряд культур может быть трансформирован из простых растений в существенную энергию. Сахар из сахарного тростника и сахарной свеклы, зерновые культуры, такие как пшеница, кукурузная солома, мискантус, а также избытки вина и картофеля могут быть преобразованы в клеточную энергию и использованы для производства этанола.

Показать детали

 

New Holland активно участвует в продвижении биоэтанола в Северной Америке благодаря партнерскому взаимодействию с компанией Growth Energy. Клиентов приглашают принять участие в конференциях, чтобы узнать побольше информации о преимуществах, которые производство биоэтанола может принести их фермам. Кроме того, New Holland предлагает полный ассортимент продукции для поддержки производства биоэтанола.

Показать детали

ВАШ ПАРТНЕР ПО БИОЭТАНОЛУ

Независимо от того, что вы делаете: выращиваете, собираете урожай или управляете биоэтаноловыми культурами, – New Holland подберет продукт, подходящий именно вам. Вы получите профессиональную поддержку на каждом этапе: от сеялок до техники для защиты посевов, такой как опрыскиватели, и от многозадачных тракторов до подходящего зерноуборочного или кормоуборочного комбайна.

Показать детали

ПРОИЗВОДСТВО ЭТАНОЛА ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ

Производство биоэтанола можно значительно увеличить до 30–40% на той же обрабатываемой посевной площади по сравнению со стандартными методами производства с помощью ферментного процесса для высвобождения этанола из багассы, побочного продукта мельничного производства или из соломы сахарного тростника, которая остается лежать в поле после уборки урожая. Этот форма производства биоэтанола связана с целлюлозой, гемицеллюлозой или лигнином в отличие от традиционных методов, ориентированных на сахарозу

Показать детали

GRANBIO: ЭНЕРГИЯ ИЗ СОЛОМЫ

В Северо-Восточной Бразилии солому из сахарного тростника собирают на полях и превращают в полезный этанол с помощью методов производства целлюлозного биоэтанола второго поколения. Под воздействием энзимов целлюлозное волокно расщепляется на молекулы моносахаридов, которые впоследствии ферментируются и превращаются в этанол. Благодаря этому процессу производится на 30-40% больше этанола, чем при использовании традиционных методов первого поколения.

Показать детали

7.1 Производство этанола – общая информация

7.1 Производство этанола – общая информация

Еще в Уроке 2 я включил учебник по химии, посвященный некоторым основным компонентам топлива. В этом уроке мы обсудим производство этанола (СН

3 -СН ₂ -ОН) и бутанола (СН ₃ -СН ₂ -СН ₂ -СН ₂ -ОН) из крахмала и сахара. Этанол или этиловый спирт — это летучее, бесцветное и легковоспламеняющееся химическое вещество. Его можно получить из нефти путем химического превращения этилена, но его также можно получить путем ферментации глюкозы с использованием дрожжей или других микроорганизмов; современные заводы по производству топливного этанола производят этанол путем ферментации.

Основная формула получения этанола из сахара-глюкозы выглядит следующим образом:

C6h22O6→2C2H5OH+2CO2Это уравнение отображается неправильно из-за несовместимого браузера. Список совместимых браузеров см. в разделе «Технические требования» в руководстве. Рис. 7.0. Химическая структура глюкозы должен присутствовать. Если у вас есть аэробные (с кислородом) условия, сахар будет полностью преобразован в CO ₂ с небольшим производством этанола. Другие питательные вещества включают воду, источник азота и микроэлементы.

В настоящее время в США наиболее распространенным методом производства этанолового топлива является крахмал, такой как кукуруза, пшеница и картофель. Крахмал гидролизуется в глюкозу, прежде чем приступить к остальной части процесса. В Бразилии сахароза или сахар в сахарном тростнике является наиболее распространенным сырьем. А в Европе самым распространенным кормом является сахарная свекла. Целлюлоза используется в разработке методов, включающих древесину, траву и пожнивные остатки. Он считается развивающимся, потому что преобразование целлюлозы в глюкозу более сложно, чем в крахмалах и сахарах.

Международное энергетическое агентство (МЭА) прогнозирует, что этанол будет составлять две трети глобального прироста производства традиционного биотоплива , а оставшаяся часть будет приходиться на биодизельное топливо и гидроочищенное растительное масло (2018–2023 годы). По оценкам, мировое производство этанола увеличится на 14 % с примерно 120 млрд л в 2017 году до примерно 131 млрд л к 2027 году (рис. 7.1). Бразилия примет на себя пятьдесят процентов этого увеличения и будет использоваться для удовлетворения внутреннего спроса (ОЭСР/ФАО (2018 г.), «Сельскохозяйственный прогноз ОЭСР-ФАО»).

Рисунок 7.1: Развитие мирового рынка этанола.

Щелкните здесь, чтобы увидеть текстовую альтернативу Рисунку 7.1

Развитие мирового рынка этанола в 2010-2027 гг. Все значения основаны на визуальном приближении

Год	Мировая торговля этанолом в миллиардах литров	Мировое производство этанола в миллиардах литров
2010	6	104
2011	10	103
2012	9	101
2013	8	109
2014	7	115
2015	7	119
2016	9	118
2017	10	120
2018	9	123
2019	9	124
2020	9	125
2021	9	126
2022	9	127
2023	9	128
2024	9	129
2025	9	130
2026	9	130
2027	9	131

Предоставлено: ОЭСР/ФАО (2018 г. ), «Сельскохозяйственный прогноз ОЭСР-ФАО», Сельскохозяйственная статистика ОЭСР (база данных), http://dx.doi.org/10.1787/agr-outl-data-en

Мировое производство этанола по странам показано на рис. 7.2. США производят больше всего этанола в мире (~ 57%), в основном из кукурузы. Бразилия является следующим крупнейшим производителем с долей 27%, в основном из сахарного тростника. Другие страны, включая Австралию, Колумбию, Индию, Перу, Кубу, Эфиопию, Вьетнам и Зимбабве, также начинают производить этанол из сахарного тростника.

Рисунок 7.2: Мировое производство этанола по странам, в процентах.

Нажмите здесь, чтобы увидеть текст, альтернативный рис. 7.2

Мировое производство этанола по странам

Страна	Процент (%)
США	57%
Бразилия	27%
Европа	6%
Китай	3%
Индия	2%
Канада	2%
Остальной мир	3%

Предоставлено: Ассоциация возобновляемых источников топлива

На рис. 7.3а показан рост сахарного тростника в мире в тропических или умеренных регионах. Производство сахарной свеклы в Европе является еще одним источником сахара для этанола. Его выращивают в более северных регионах, чем сахарный тростник, в основном в Европе и в небольшом количестве в США. На рис. 7.3b показан рост производства сахарной свеклы в мире.

Рисунок 7.3a: Производство сахарного тростника в мире. Темно-зеленый представляет области наибольшего производства.

Авторы и права: Сахарный тростник: взято с Wikipedia.org

Рисунок 7.3b: Производство сахарной свеклы в мире. Темно-зеленый представляет области наибольшего производства.

Источник: Сахарная свекла: с Wikipedia.org

‹ Урок 7: Переработка для производства этанола и бутанола из углеводов и ферментов вверх 7.2 Производство этанола из сахарного тростника ›

Process & Word Equation I StudySmarter

Вино, пиво, шампанское или, может быть, рюмка чего-нибудь покрепче — у многих из нас есть любимый напиток. Алкогольные напитки остаются популярной частью нашей жизни не только из-за их вкуса, но и благодаря странному и чудесному воздействию, которое они оказывают на организм. Молекула, ответственная за чувство радости и расслабления, связанное с употреблением алкоголя, представляет собой этанол . Но задумывались ли вы когда-нибудь, как он производится?

• Эта статья о производстве этанола .
• Сначала мы дадим определение этанолу , а затем узнаем о двух способах его производства: ферментация глюкозы и гидратация этена .
• Это будет включать рассмотрение условий реакций , уравнения , метода и побочных продуктов . Мы также сравним их преимущества и недостатки .
• Мы закончим рассмотрением использования этанола в качестве биотоплива .

Что такое этанол?

Этанол ( C ₂ H ₅ OH ; Структурная формула CH ₃ CH ₂ OH )-это органическая молекула с Gydroxyl Functional (-OH). Он принадлежит к спиртовому гомологическому ряду . В частности, этанол представляет собой первичный спирт с двумя атомами углерода, содержащий только одну гидроксильную группу. Его структура показана ниже.

Рис. 1: Структура этанола с выделенной гидроксильной группой.StudySmarter Originals

Этанол широко используется в нашей повседневной жизни. Мы находим его не только в широком ассортименте алкогольных напитков , доступных в магазинах, барах и ресторанах, но и в дезинфицирующих средствах , растворителях и в качестве присадки к топливу . Хотите верьте, хотите нет, но этанол также используется в качестве противоядия при особо опасных отравлениях метанолом! В результате важно понять производство этанола. Давайте теперь рассмотрим два основных способа промышленного производства этанола.

Процесс производства этанола

Существует два основных способа производства этанола:

• Ферментация глюкозы .
• Гидратация этилена .

Эти два процесса имеют несколько ключевых различий с точки зрения их реагентов , условий и побочных продуктов . У них также есть свои преимущества и недостатки . Мы начнем с обзора двух методов, а затем сравним их более подробно.

Производство этанола: Ферментация глюкозы

Этанол может быть получен посредством ферментации глюкозы . В этом процессе определенные штаммы дрожжей превращают глюкозу (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) из растительных углеводов в этанол в ферментере при заданных условиях окружающей среды. Большинство алкогольных напитков, производимых на пивоваренных заводах, проходят этот процесс брожения.

Процесс ферментации

Растительные углеводы , исходные материалы для производства этанола, обычно получают из таких культур, как сахарный тростник или сахарная свекла. Дрожжи, которые могут быть такими видами, как Saccharomyces cerevisiae , содержат ферменты , ответственные за преобразование глюкозы в растительных углеводах в этанол посредством анаэробного дыхания . Реакция также дает диоксид углерода (CO ₂ ) .

Анаэробное дыхание — это процесс, при котором глюкоза расщепляется для получения энергии ( АТФ ) в отсутствие кислорода.

Этанол токсичен для дрожжей в высоких концентрациях. Следовательно, дрожжи вымирают, когда раствор достигает уровня около 15% этанола . Это означает, что производство этанола путем ферментации представляет собой периодический процесс . Благодаря температуре кипения этанола, которая ниже, чем у воды, этанол можно отделить от остального раствора на фракционная дистилляционная . Вы также должны отметить, что ферментация имеет медленную скорость реакции , особенно по сравнению с гидратацией этена (которую мы рассмотрим через секунду).

Словесное уравнение ферментации

Химическое уравнение ферментации показано ниже рядом со словесным уравнением.

$$C_{6}H_{12}O_{6}\rightarrow 2C_{2}H_{5}OH+2CO_{2}$$

$$Глюкоза \rightarrow этанол + углекислый газ\ диоксид углерода$$

Исходные материалы и побочные продукты ферментации

Мы упоминали, что для ферментации требуется растительных углеводов . Они часто поступают из таких культур, как сахарная свекла или кукуруза. Культуры быстро и легко выращивать, и часто только выброшенная часть растения (например, стебель или шелуха) используется для ферментации, оставляя съедобную часть для употребления в пищу людьми или животными.

Из химического уравнения видно, что при брожении выделяется диоксида углерода (CO ₂ ) , парниковый газ . Это может показаться вредным с экологической точки зрения. Однако сама ферментация технически углеродно-нейтральна — весь выделившийся углерод был поглощен посредством фотосинтеза в течение жизни урожая, и мы подкрепим это утверждение химическими уравнениями позже в этой статье.

Ферментация не разрушает весь растительный материал, поэтому остается побочный продукт. Из остатков получается более чем подходящий корм для скота.

Условия ферментации

Для эффективного брожения требуются определенные условия. Они показаны ниже вместе с их обоснованием.

Условие	Обоснование
Температуру поддерживают на уровне 35 o Максимальный выход 9055 C 9028 Более низкая температура снижает скорость реакции, а более высокая денатурирует ферменты, участвующие в анаэробном дыхании.
Кислород исключен из реактора ( анаэробные условия )	Предотвращает окисление этанола в этановую кислоту.
Дрожжи	Обеспечить ферменты для катализа реакции.

Производство этанола: гидратация этена

Теперь, когда мы рассмотрели химию ферментации, давайте посмотрим, как мы можем производить этанол посредством гидратации этена . Это еще один метод производства спирта, используемый в промышленности.

Процесс гидратации

Термин гидратация дает представление об этом способе производства этанола. Если вы представляете реакцию, в которой участвует вода, вы на правильном пути!

Гидратация является примером реакции электрофильного присоединения . По существу, он включает добавление пара к этена в присутствии катализатора на основе фосфорной (V) кислоты 9.0282, что приводит к этанолу. Этен ( CH ₂ CH ₂ ) является простейшим алкеном , ненасыщенным углеводородом 1 с двойной связью 2C=9028 1 . Добавление водяного пара к этилену превращает этот алкен в насыщенную молекулу и добавляет гидроксильную (-ОН) группу к одному из его атомов углерода. Реакция обратима , но мы можем изменить условия, чтобы значительно увеличить выход.

Рис. 2: Этен в этанол. Обе молекулы показаны с выделенными функциональными группами.StudySmarter Originals

Мы отделяем этанол от непрореагировавших газов путем охлаждения смеси. Хотя небольшое количество пара также конденсируется, собранный этанол является по существу чистым . Фракционная перегонка устраняет примеси пара. Любые непрореагировавшие газы непрерывно рециркулируют через катализатор для достижения общего коэффициента конверсии около 95% . Следует также отметить, что этот процесс имеет высокую скорость реакции .

Уравнение гидратации

Вот химическое уравнение гидратации этилена:

$$C_{2}H_{4(г)} + H_{2}O_{(г)} \rightleftharpoons C_{2}H_{ 5}OH_{(g)} $$ ΔHº = -45 кДж моль ^-1

Обратите внимание на использование стрелки равновесия ( ⇌ ). Это показывает нам, что эта реакция обратима и существует в состоянии динамического равновесия .

Обратите внимание на формулировку экзаменационных вопросов. Например, мы использовали молекулярную формулу в приведенном выше уравнении, но вопрос может касаться структурной формулы . Вот уравнение, переписанное с использованием структурных формул:

CH ₂ CH ₂ (г) + H ₂ O(г) ⇌ CH ₃ CH ₂ OH(г) 900 900 Механизм гидратации Некоторые экзаменационные комиссии требуют от вас понимания механизма гидратации этилена.0282 . Если у вас есть, не волнуйтесь — мы вас прикроем.

Как мы упоминали, гидратация этилена является примером реакции электрофильного присоединения . Он имеет механизм, аналогичный многим другим процессам электрофильного присоединения, которые мы обсуждаем в статье Реакции алкенов , поэтому мы рекомендуем сначала проверить их, если вы не знакомы с такого рода реакциями.

Вот как это работает.

1. На первом этапе один из атомов водорода фосфорной кислоты притягивается к двойной связи C=C этилена с высокой электронной плотностью. Водород присоединяется к этилену, образуя положительный карбокатион и отрицательный дигидрофосфат(V) ион (H ₂ PO ₄ ^— ) .
2. Карбкатион атакуется неподеленной парой электронов молекулы воды. Это образует промежуточный ион с положительной группой -OH ₂ ⁺ .
3. Отрицательный ион дигидрофосфата(V), образующийся на первой стадии, атакует один из атомов водорода промежуточного иона -OH ₂ ⁺ группа. Водород присоединяется к иону дигидрофосфата, регенерируя катализатор и оставляя нам этанол (C ₂ H ₅ OH) .

Механизм можно упростить, удалив отрицательный ион дигидрофосфата, как показано ниже. Вместо этого мы используем только H ⁺ для обозначения кислотного катализатора.

Рис. 3: Упрощенный механизм гидратации этена.StudySmarter Originals

Исходные материалы и побочные продукты гидратации

Приведенное выше химическое уравнение говорит нам, что гидратация не дает побочных продуктов . Это может выглядеть как экологически чистый процесс, но мы должны рассматривать более широкую картину. Для гидратации требуется этен , который получают путем крекинга углеводородов, содержащихся в сырой нефти . Сырая нефть невозобновляемая — это конечный ресурс , а это означает, что она не может быть заменена естественным образом при той скорости, в которой мы ее используем. Следовательно, производство этанола путем гидратации этена не является устойчивым .

Условия гидратации

Поскольку гидратация этилена обратима, условия реакции имеют жизненно важное значение, когда речь идет об определении выхода. В таблице ниже приведены условия, используемые при гидратации этилена, и их обоснование.

Состояние	Причина
Температура 300 °C	Прямая реакция экзотермическая. Это означает, что более низкая температура способствует протеканию прямой реакции. Однако слишком низкая температура замедляет скорость реакции, поэтому используется компромиссная температура.
Давление 60 — 70 атм	Прямая реакция производит меньше молей газа. Это означает, что более высокое давление способствует прямой реакции. Однако поддерживать слишком высокое давление дорого и часто приводит к полимеризации этилена в полиэтилен. Поэтому используется компромиссное давление.
Катализатор на основе фосфорной кислоты	Катализатор увеличивает скорость реакции, увеличивая выход.
Избыток этилена	Избыток реагентов способствует протеканию прямой реакции. Однако использование избытка пара разбавляет катализатор и сводит на нет его действие, поэтому вместо него выбирают этен.

Сравнение методов производства этанола

Выбор наилучшего способа производства этанола — непростая задача. Оба метода имеют преимущества и недостатки , которые необходимо учитывать. В таблице ниже приведены различия между производством этанола путем ферментации глюкозы и гидратации этилена.

	Fermentation	Hydration
Starting materials	Plant carbohydrates	Ethene, steam
Catalyst	Enzymes from yeast	Phosphoric acid
Conditions	Низкотемпературный (35 °C), анаэробный	Относительно высокотемпературный (300 °C), высокое давление (60–70 атм)
Rate of reaction	Slow	Fast
Continuous/batch processing	Batch	Continuous
Sustainability of starting materials	Renewable	Non-renewable
Чистота конечного продукта	Неочищенный	Практически чистый

Несмотря на гидратацию улучшенный чистота продукта и более высокая скорость реакции , ферментация более широко используется для производства этанола. Это связано с его меньшей стоимостью и воздействием на окружающую среду .

Производство этанола: использование этанола в качестве биотоплива

За последние 50 лет этанол зарекомендовал себя как удобная альтернатива бензину или дизельному топливу. Он горит так же, как и любое другое топливо, и является полезным способом питания наших автомобилей. Например, 9Бензин 0281 E10 (содержащий до 10% этанола) является стандартным топливом в Великобритании, а во Франции вы можете найти E85 заправочных станций. Бразилия даже владеет обширным парком транспортных средств, работающих на 100% этаноле!

Этанол, используемый таким образом, производится с использованием ферментации , а также является разновидностью биотоплива .

Биотопливо — это возобновляемое топливо, полученное за короткий период времени из биомассы , что просто означает любое органическое живое вещество.

Как и все виды биотоплива, так называемый биоэтанол получают из возобновляемых ресурсов . С другой стороны, бензин и дизель получают из сырой нефти , которая, как мы уже узнали, является невозобновляемой . Другие популярные источники топлива, такие как уголь и газ, также невозобновляемы — это виды ископаемого топлива . Возобновляемость биотоплива дает ему преимущество перед углем, газом, дизельным топливом и бензином, и отчасти поэтому его популярность так быстро растет.

Однако использование биотоплива, включая биоэтанол, имеет и отрицательные стороны. Теперь мы обсудим как плюсы , так и минусы их использования.

Преимущества биотоплива

Биотопливо во многом превосходит традиционное ископаемое топливо или производные сырой нефти. Вот некоторые из них:

• Биотопливо возобновляемое . Их делают из быстрорастущих растений или животных, часто из культур, которые можно посадить и собрать менее чем за год. Затем в последующие годы на том же участке можно будет пересаживать другие культуры. С другой стороны, сырая нефть и ископаемое топливо формируются тысячелетиями, как и невозобновляемый .
• Биотопливо имеет меньший углеродный след, чем традиционное топливо. Все углеродсодержащие виды топлива (включая биотопливо) при сжигании выделяют диоксида углерода (CO ₂ ) . Тем не менее, биотопливо теоретически является углеродно-нейтральным , потому что весь углерод, который они выделяют, был поглощен из атмосферы в течение жизни исходного растения.
• Биотопливо дешево , легко перерабатывается , и может быть местного производства . Добыча биотоплива не требует бурения глубоководных шахт или вырубки леса для доступа к угольным месторождениям.
• Биотопливо может быть изготовлено из отходов , таких как стебли сельскохозяйственных культур или шелуха, которые иначе были бы выброшены.
• Биотопливо выделяет меньше дополнительных вредных загрязнителей , таких как диоксид серы и оксиды азота , которые связаны со сжиганием традиционных видов топлива.

Возьмем биоэтанол в качестве примера углеродно-нейтрального биотоплива. Мы хотим доказать, что количество молей углекислого газа , поглощенное в течение его жизненного цикла — от образования до сгорания — равно количеству молей углекислого газа, выделенного .

Мы знаем, что биоэтанол производится путем ферментации , в частности, ферментации глюкозы из растительных углеводов . Глюкоза (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) производится растениями в процессе фотосинтеза , который превращает углекислый газ (CO ₂ ) и воду (H ₂ O) на глюкозу и кислород (O ₂ ). Для производства одного моля глюкозы используется шесть молей углекислого газа . Вот уравнение:

$6CO_{2} + 6H_{2}O \rightarrow C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2}$$

Любители растений? Перейдите к Фотосинтез , чтобы узнать больше об этой теме.

Глюкоза, полученная в результате фотосинтеза, затем ферментируется в этанол. Мы выучили уравнение ранее:

$$C_{6}H_{12}O_{6} \rightarrow 2C_{2}H_{5}OH + 2CO_{2} $$

Получается два моля углекислого газа .

Когда мы сжигаем этанол в качестве топлива, мы производим воду и больше углекислого газа:

$$C_{2}H_{5}OH + 2O_{2} \rightarrow 2CO_{2} + 3H_{2}O$$

Но обратите внимание, что при ферментации одного моля глюкозы образуется два моля этанола. В целом, сжигание этанола, полученного из одного моля глюкозы, дает четыре моля углекислого газа :

$$2C_{2}H_{5}OH + 4O_{2} \rightarrow 4CO_{2} + 6H_{2} О$$

Суммируем количество молей углекислого газа, поглощенного при фотосинтезе, и количество молей, высвобожденных при производстве и сгорании этанола.

• Мы взяли в шесть молей углекислого газа во время фотосинтеза .
• Мы выделили два моля углекислого газа при производстве этанола в ферментации .
• Мы выделили четыре моля углекислого газа при сжигании этанола в сгорании .

В целом количество молей двуокиси углерода , поглощенных в течение жизненного цикла биоэтанола, равно количеству молей двуокиси углерода , высвобожденной . Биоэтанол, как и все виды биотоплива, углеродно-нейтральный .

Недостатки биотоплива

На экзаменах от вас могут ожидать аргументов как за, так и против использования биотоплива. По крайней мере, важно понять, почему некоторые люди не убеждены в их использовании. Вот некоторые из недостатков биотоплива.

• Хотя биотопливо само по себе является углеродно-нейтральным, оно требует энергии для сбора урожая, обработки и транспортировки . Эта энергия часто поступает из невозобновляемых источников и, таким образом, выбрасывает углекислый газ в атмосферу. Впрочем, то же самое можно сказать и о традиционных видах топлива — они тоже требуют специфической обработки, обращения и транспортировки.
• Для выращивания растительного сырья, используемого для производства биотоплива, требуется большой расход воды .
• Выращивание растений для производства биотоплива также занимает много земли . Утверждается, что эту землю можно было бы использовать более эффективно для выращивания сельскохозяйственных культур для потребления людьми или животными, и что освобождение места для плантаций биотоплива является причиной обезлесения и утраты среды обитания .
• Правительственные стимулы для производства биотоплива привели к снижению в сельском хозяйстве в некоторых странах, что привело к нехватке продовольствия и росту счетов за продукты.

Биотопливо – хорошо или плохо?

Легко взглянуть на список недостатков биотоплива, который мы описали выше, и тут же списать их на благонамеренный, но неэффективный способ сокращения выбросов углекислого газа. Тем не менее, важно смотреть на вещи в перспективе.

Например, использование земли для производства биотоплива является серьезной проблемой, поскольку мы изо всех сил пытаемся найти место для всех культур, необходимых для того, чтобы прокормить наше растущее население. Но есть и другие способы более эффективного использования земли. 77% всех сельскохозяйственных угодий на Земле используется для разведения скота или выращивания сельскохозяйственных культур на корм, однако продукты животного происхождения составляют лишь 18% наших калорий. Если бы мы перешли на более растительную диету, мы бы легко смогли прокормить большее население. Американский журнал клинического питания подсчитал, что диета мясоеда требует в 17 раз больше земли, чем диета вегетарианца — подумайте об этом, если хотите уменьшить свой экологический след!

Кроме того, биотопливо не должно заменять сельскохозяйственные культуры для потребления человеком. Растения, предназначенные для использования в качестве биотоплива, можно выращивать на участках земли, непригодных для возделывания. Мы также можем производить биотопливо из отходов . Например, топливо биогаз представляет собой смесь газов, включая метан, которая производится анаэробным сбраживанием навоза и сточных вод . Это материалы, которые в противном случае были бы выброшены — превращение их в топливо может стать отличным способом экономии ресурсов.

Производство этанола. Ключевые выводы

• Этанол представляет собой спирт с химической формулой C ₂ H ₅ OH . Он содержится в растворителях , топливе и алкогольных напитках .

• Этанол в основном производится двумя способами: ферментацией глюкозы и гидратацией этена .