REFERAT

TEMA: Biocombustibilii

REALIZAT DE: Ispas MariaGr. 24

CUPRINS

I. IntroducereII. Biomasa vegetalaIII.Poductia de biocombustibili IV.Necesitatea biocombustibililor V.Tipuri de biocombustibili VI.Aantajele si dezavantajele biocombustibililorVII.Obtinerea biocombustibililor VIII.Impactul biocombustibililor asupra mediului IX. Pomovarea utilizarii biocombustibililor sau a altor combustibili regenerabili

1.INTRODUCERE

Biocombustibilii sunt combustibili solizi, lichizi sau gazoi obinui din biomasa plantelor oleaginoase, ierboase sau lemnoase, deeuri agricole i forestiere, deeuri organice municipale i industriale. Biocombustibilii sunt reprezentai de alcooli, eteri, esteri. Teoretic, biocombustibilii pot fi obinui din orice surs biologic de carbon. (Gog, 2008)Biomasa lignocelulozic reprezint o surs abundent i ieftin de resurse energetice regenerabile. De exemplu, reziduurile de trestie-de-zahr, numite bagase, rezultate n urma extraciei zahrului din trestia-de-zahr sunt generate n cantiti foarte mari n ri ca Brazilia, Tailanda, India, Hawaii i n sudul S.U.A.. Teoretic, o ton de bagase uscat poate genera circa 424 litri etanol. (Vintil, 2007).Alte produse lignocelulozice care pot fi folosite ca surse de energie sunt: reziduuri sau subproduse agricole (coceni de porumb, paie de gru sau orez), reziduuri forestiere, reziduuri din industria celulozei i hrtiei, plante ierboase energetice.Spre deosebire de amidon, care este un polimer omogen i uor de hidrolizat, materia lignocelulozic vegetal conine celuloz, hemiceluloz, lignin i alte componente greu de hidrolizat. Toate aceste componente trebuie iniial tratate chimic i enzimatic, pn sunt transformate n zaharuri care pot fi fermentate la alcool. Cu toate c biomasa lignocelulozic este disponibil n cantiti foarte mari, provocarea principal pentru a face produsul competitiv din punct de vedere comercial este reducerea costurilor procesului de conversie a biomasei la etanol.n acest moment se apreciaz c sunt aplicabile economic ase tipuri de tehnologii de conversie a biomasei n produse energetice, alegerea tehnologiei depinznd de o serie de factori printre care se numr costurile produsului energetic, volumul biomasei care urmeaz s fie transformat n biocombustibili sau accesul la piaa energetic. (Imireanu, 2010)

Scurt istoric al Biocombustibililor n RomniaCreterea utilizrii biocombustibililor n transport, fr a exclude ali posibili combustibili alternativi pentru industria automobilelor, este unul dintre mijloacele prin care se poate reduce dependena de importul de energie, se poate influena piaa combustibililor pentru transporturi i se poate asigura securitatea n furnizarea de energie pe termen mediu i lung.n Romnia, s-au dezvoltat n ultimii ani tot mai multe cercetri (la Cluj-Napoca, Braov, Timioara, Iai, Bucureti) n ceea ce privete utilizarea combustibililor provenii din uleiuri vegetale ca i combustibili la motoarele Diesel. Centrul de cercetare de la Cluj-Napoca a obinut o serie de rezultate semnificative, punnd n circulaie i mijloace de transport n comun alimentate cu biodiesel.Cu dezideratul necesitii dezvoltrii unei strategii naionale n ceea ce privete biocombustibilii pentru piaa Romneasc i European de profil, au pornit n minte iniatorii Conferinei internaionale BIOCOMB 2006 dedicate produciei i utilizrii biocombustibililor, conferin care a avut loc la Cluj-Napoca n perioada 10-11 noiembrie 2006, n organizarea Consoriului BIOCOMB alctuit din:

1. Universitatea Tehnic din Cluj-Napoca;1. Universitatea de Stiine Agricole i Medicin Veterinar din Cluj-Napoca ;1. Institutul de Cercetari i Instrumentaie Analitic din Cluj-Napoca.Istoricul bilocombustibilului si din alt punct de vedere poate fi si cel de mai jos:1. 1984: INMA realizeaz cercetri privind utilizarea pentru motoarele Diesel a uleiurilor vegetale, acoolului din topinambur i a biogazului lichefiat;1. 1995: USAMV Cluj-Napoca ing. Al. Naghiu sub conducerea prof. N. Baga (UTC-N) realizeaz cercetri privind utilizarea biocombustibililor n cazul motoarelor cu injecie pelicular.1. 2000: ICIA ing. M. Chintoanu iniiaz cercetri privind tehnologia de producere a biocombustibililor de tip biodiesel.1. 2000: UTC-N prof. N. Burnete, prof. N. Cordos iniiaz cercetrile privind utilizarea diverselor uleiuri vegetale ca i combustibili n cazul motoarelor Diesel.1. 2001: prof. N. Cordos, prof. N. Burnete, ing. M. Chintoanu testeaz la motoare Diesel amestecuri de uleiuri vegetale cu motorin.1. 2003: prof. N. Burnete, prof. Al. Naghiu, ing. M. Chintoanu realizeaz cercetri cu metilester la motoare Diesel.1. 2006: prof. N. Burnete, prof. Al. Naghiu, ing. M. Chintoanu pun n circulaie (n Cluj-Napoca) pentru prima data n Romnia un autobus alimentat cu biodiesel.

II .Biomasa vegetal

Biomasa vegetal sau biomasa lignocelulozic este alctuit din 26 % lignin, 44 % celuloz i 30 % hemiceluloz.Se utilizeaz de regul deeuri lemnoase care pot fi valorificate ulterior pentru obinerea de biocombustibili. Biomasa, fiind o component a ciclului carbonului n natur, contribuie la absorbia dioxidului de carbon din atmosfer prin procesul de fotosintez. n felul acesta, creterea produciei de biomas la nivel mondial are impact pozitiv asupra mediului nconjurtor prin reducerea gazelor cu efect de ser de pn la 209 milioane tone CO2 echivalent/an. (Gog, 2008)Folosirea biomasei vegetale pentru obinerea prin ardere a energiei ofer o serie de avantaje:1. Protejarea mediului nconjurtor prin evitarea creterii cantitii de CO2 n atmosfer. Prin folosirea biocombustibililor vegetali, CO2 rmne ntr-un circuit nchis. Plantele iau CO2 din atmosfer n procesul de fotosintez, iar prin arderea biocombustibililor se degaj energie i aceeai cantitate de CO2, care fusese luat iniial din atmosfer, astfel c, n final, nu se provoac nici o cretere a cantitii de CO2 din atmosfer.2. Un impact ecologic pozitiv l are i faptul c la arderea unor biocombustibili i alte emisii din gazele de ardere sunt n cantitate mai mic dect n gazele de la arderea combustibililor fosili.3. Biocombustibilii provenii din reziduuri sau din produse secundare ale produciei agricole, cum sunt paiele, cocenii i altele, pot avea i un pre sczut.4. Unele dintre plantele energetice cultivate sunt nepretenioase n ceea ce privete condiiile de sol i se preteaz bine la lucrrile mecanizate.Biomasa vegetal, reprezentat de plantele oleaginoase, de culturile i deeurile agricole, de biomasa i deeurile lemnoase sau de deeurile industriale i municipale trebuie recoltat, colectat i depozitat, iar apoi necesit anumite tehnologii de conversie pentru a rezulta produii finali.Tehnologiile de conversie pot fi chimice (transesterificare), fizico-chimice (extracie), biochimice (fermentaie) sau termo-chimice (gazificare). Se pot obine n aceste procese i produi secundari care sunt apoi transformai n produi finali. Produii finali sunt combustibili pentru transport (biodiesel, bioetanol), combustibili generatori de cldur i electricitate i compui chimici valoroi (farmaceutici, polimeri). (figura 1)

Figura 1. Valorificarea biomasei vegetale (Gog, 2008)

Procesarea biomasei vegetale se poate realiza prin metode termice, biologice sau mecanice. Procesarea termic const n combustia biomasei, piroliz, gazificare, iar cea biologic se face prin fermentaie sau digestie. Produsele obinute sunt bio-uleiul, biogazul, cldura, etanolul i uleiul vegetal. Valorificarea final const n obinerea de compui chimici de interes, cldur, electricitate i combustibili de transport. (figura 2)

Figura 2. Procesarea biomasei vegetale (Gog, 2008)

Combustia direct a biomasei este procesul termic folosit la mai mult de 90 % din centralele de obinere a energiei termice din ntreaga lume. Arderea combinat a biomasei lemnoase n amestec cu crbunele este utilizat pentru producerea de ap cald sau electricitate.Piroliza biomasei lemnoase este o tehnologie care const n nclzirea biomasei lemnoase ntr-un mediu controlat, fr oxigen, ceea ce conduce la producerea de cantiti diferite de combustibil lichid, gaz i crbune de lemn.Procesul de gazificare const n nclzirea i arderea lemnului cu o cantitate mic de oxigen, ceea ce conduce la transformarea, ntr-o proporie nalt, a lemnului n gaz. n acest proces se utilizeaz ca materie prim lemnul, masa verde, mangalul, deeurile i alte materiale ce fac parte din categoria biomasei, iar gazul rezultat este utilizat pentru producerea de cldur i/sau electricitate.Gazificarea este un proces termochimic de transformare a biomasei n aa numitul gaz de generator care conine CO, H2, CH4 i alte gaze (azot) i care poate fi utilizat, cu unele mici modificri, n motoarele ce funcioneaz pe benzin sau pe combustibili diesel.Tehnologiile de gazificare a biomasei sunt de o mare diversitate. Teoretic, orice biomas vegetal cu un coninut de umiditate variind ntre 5 % i 30 % poate fi gazificat. Totui, nu din orice biomas se poate obine gaz de generator de calitate.Pe lng posibilitile numeroase de valorificare a biomasei pentru obinerea de biocombustibili, aceasta poate fi procesat i pentru obinerea unei game variate de compui chimici de mare interes, n procese separate (extracia) sau cuplate cu procesele de obinere a biocombustibililor. (figura 3)

Figura 3. Valorificarea biomasei vegetale pentru obinerea compuilor chimici (Gog, 2008)

III.Producia de biocombustibili

Criza mondial de energie din ultimul timp a pus pe jar comunitatea tiinific internaional. Preul ieiului este tot mai greu de controlat. De aceea, trebuie cutate noi metode de a obine combustibili pe cale natural. Se pare c soluia cea mai bun o reprezint nlocuirea combustibililor convenionali, fosili, cu biocombustibili obinui din surse regenerabile. (Vintil, 2007)O surs permanent de materie energetic o reprezint plantele care conin glucide sau poliglucide care nmagazineaz energie, cum ar fi porumbul ce conine o cantitate mare de amidon. Acesta poate fi transformat cu ajutorul enzimelor n glucoz, care poate fi fermentat de ctre microorganisme la etanol, ce constituie un biocombustibil de calitate.U.E., cu toate c se afl n grupul celor mai mari productori de biocombustibili, este devansat cu mult de ri ca Brazilia sau S.U.A.. n anul 2003, la 30 de ani dup ce Brazilia a lansat programul pro alcool, U.E. a stabilit cadrul legal i fiscal pentru ncurajarea producerii i folosirii biocombustibililor n rile membre. (Vintil, 2007)Pachetul legislativ const n dou directive. Cea promoional stabilete indicatorii i intele pentru a ncuraja statele membre s utilizeze 2 % biocombustibili din consumul total, pn n 2006, i 5,75 %, pn n 2011. A doua directiv se refer la taxarea produselor energetice (directiva 2003/30/EC privind promovarea folosirii biocombustibililor sau a altor combustibili ecologici pentru transport, OJ L 123 din Mai 2003). Sub aceast directiv, statele membre vor putea s scuteasc de impozite, complet sau n parte, produsele care conin substane ecologice. (Vintil, 2007)n 2002, alcoolul combustibil reprezenta aproximativ 15 % din alcoolul produs n U.E. (396 milioane litri) i era produs doar n trei ri: Spania (56 %), Frana (30 %) i Suedia (14 %). Dac n U.E. se impune adugarea de minimum 5,75 % biocombustibil pn n 2011, n Brazilia, spre exemplu, deja legea impune introducerea a minimum 26 % etanol n benzin. ns, n Brazilia, etanolul este produs din bagase (trestie-de-zahr epuizat, rezultat n urma extraciei zahrului) i, doar o mic parte, din porumb. (Vintil, 2007)n ceea ce privete promovarea biocombustibililor n U.E. i Romnia, factorii economici i politicile economice pe termen lung i mediu, prin acordarea de subvenii i fonduri pentru utilizarea surselor regenerabile de energie, creeaz un context economic favorabil creterii gradului de valorificare energetic a acestora. (Imireanu, 2010)n ceea ce privete potenialul energetic de biomas al Romniei, acesta a fost evaluat, la nivelul anului 2000, la circa 7594 mii tone/an, adic 318 x 109 MJ/an, ceea ce reprezint aproape 19 % din consumul total de resurse din anul respectiv. (Imireanu, 2010)

Figura 4. Evoluia biocombustibililor n U.E. ntre 1998 i 2006 (Roman, 2009)

Figura 5. Cererea de biodiesel i bioetanol i rata de ncorporare pn n anul 2020 n U.E.27 (Roman, 2009)

IV. Necesitatea biocombustibililor

Conform Roman i colab., 2009, biocombustibilii sunt necesari pentru:1. Securitatea energetic1. Creterea securitii energetice prin diversificarea resurselor energetice utilizate i limitarea dependenei de resursele energetice de import;1. Reducerea importurilor de produse petroliere;1. Lrgirea bazei resurselor energetice prin utilizarea potenialului naional de resurse bioenergetice;1. Creterea nivelului de eficien a tehnologiilor.2. Durabilitate1. mbuntirea eficienei energetice a tehnologiilor de producie i utilizare a biocarburanilor;1. Utilizarea raional a resurselor de sol ale rii fr a rezulta un impact negativ asupra biodiversitii i sectuirea solurilor bogate n carbon;1. Reducerea emisiilor cu efect de ser pe ntreg ciclul de producere i utilizare a biocarburanilor (Primul pas a fost semnarea Protocolului de la Kyoto care presupune reducerea emisiei gazelor de ser cu 70%);1. Utilizarea deeurilor agro-alimentare, municipale i forestiere;1. Susinerea activitilor de cercetare-dezvoltare, diseminare i transfer tehnologic a rezultatelor cercetrilor aplicabile cu privire la producerea i utilizarea biocarburanilor.3. Competitivitate1. Dezvoltarea pieelor concureniale privind carburanii n acord cu impactul de mediu al acestora pe ntreg ciclul de via;1. Lrgirea gamei de plante energetice cultivate n Romnia n concordan cu condiiile pedoclimatice ale rii;1. Dezvoltarea tehnologiilor de cultur a plantelor energetice prin maximizarea nivelului produciilor i creterea eficienei energetice;1. Optimizarea tehnologiilor de producie a biocarburanilor de generaia nti (biomotorinelor i biobenzinelor);1. Dezvoltarea tehnologiilor de producie a carburanilor de generaia a doua.

4. Dezvoltarea socio-economic a zonelor rurale1. Utilizarea la ntreaga capacitate a potenialului agricol existent n zonele rurale;1. Dezvoltarea unor IMM-uri n zonele rurale;1. Lrgirea pieei produselor agricole (alimentare i nealimentare);1. Creterea gradului de ocupare a forei de munc disponibil n zonele rurale;1. Promovarea unei piee a energiei regenerabile va contribui la realizarea obiectivelor revizuite de la Lisabona, printr-o cretere a ocuprii forei de munc i a eforturilor depuse n domeniul activitii de cercetare i de inovare.

V. Tipuri de biocombustibili

Conform Directivei EC/2003/30 a Consiliului i Parlamentului European din 8 mai 2003 privind promovarea utilizrii biocombustibililor sau a altor combustibili regenerabili destinai transportului, biocombustibilii sunt urmtorii:(a) bioetanolul: etanol extras din biomas i/sau din partea biodegradabil a deeurilor, care poate fi folosit ca biocombustibil;(b) biodiesel: un metil-ester extras din ulei vegetal sau animal, de calitatea dieselului, care poate fi folosit ca biocombustibil;(c) biogas: un combustibil gazos rezultat din biomas i/sau din partea biodegradabil a deeurilor care poate fi purificat la calitatea gazului pur, care poate fi folosit ca biocombustibil sau gaz de lemn;(d) biometanol: dimetilester extras din biomas, pentru a fi folosit ca biocombustibil;(e) biodimetileter: dimetilester extras din biomas, pentru a fi folosit ca biocombustibil;(f) bio-ETBE (etil-tero-butil-ester): ETBE este produs pe baz de bioetanol. Procentul n volum de bio-ETBE socotit ca biocombustibil este de 47 %;(g) bio-MTBE (metil-tero-butil-eter): un combustibil pe baz de biometanol. Procentul n volum de bio-MTBE socotit ca biocombustibil este de 36 %;(h) biocombustibilii sintetici: hidrocarburi sintetice sau amestecuri de hidrocarburi sintetice care au fost extrase din biomas;(i) biohidrogen: hidrogen extras din biomas i/sau din partea biodegradabil a deeurilor, pentru a fi folosit ca biocombustibil;(j) uleiul vegetal pur: ulei produs din plante uleioase prin presare, extracie sau proceduri comparabile, crud sau rafinat, dar nemodificat chimic, atunci cnd este compatibil cu motoarele la care este folosit i cnd este conform cerinelor normelor privind noxele.

O alt clasificare a biocombustibililor este prezentat de Gog i colab., 2008.1. Biocombustibili de generaia ISunt obinui din carbohidrai, amidon, ulei vegetal, grsimi animale prin tehnologii convenionale. Dezavantajul major al acestor biocombustibili este faptul c biomasa utilizat este comun cu cea folosit pentru alimentaie.

Tabelul 1. Biocombustibili de generaia IBiocombustibiliNume specificMaterie primTehnologia de conversie

Ulei vegetal purUlei vegetal crud (PPO pure plant oil)Culturi de plante oleaginoase (rapi, soia, floarea soarelui, palmier, jatropha, canola, ricin etc.)Extracie prin presare la rece

BiodieselBiodiesel din culturi energeticeMetil-ester din semine de rapi (RME) acid gras metil/etil ester (FAME / FAEE)- Culturi de plante oleaginoase (rapi, soia, floarea soarelui, palmier, jatropha, canola, ricin etc.)- Uleiuri arse, reziduale- Extracie prin presare la rece, purificare i transesterificare- Hidrogenare

BioetanolBioetanol convenionalSfecl de zahr, trestie de zahr, cerealeHidroliz i fermentaie

BiogazBiogaz purificatBiomas (umed)Digestie anaerob

Bio-ETBEBioetanolSintez chimic

2. Biocombustibili de generaia a II-aBiomasa este reprezentat de materiile lignocelulozice obinute prin recoltarea plantelor care nu sunt destinate alimentaiei i biomasa rezidual. Astfel se pot produce bioetanol celulozic, biocombustibili sintetici, biogaz din material lignocelulozic i biohidrogen din material lignocelulozic.

Tabelul 2. Biocombustibili de generaia a II-aBiocombustibiliNume specificMaterie primTehnologia de conversie

BioetanolBioetanol celulozicBiomas lignocelulozic i deeuri de biomasHidroliz avansat i fermentaie

BiogazGaz natural sintetic (SNG)Biomas lignocelulozic i deeuri de natur lignocelulozicPiroliz/Gazificare i sintez

BiodieselBiomas transformat n lichid (BTL)Diesel Fischer-Tropsch (FT)(Bio)diesel sinteticBiomas lignocelulozic i deeuri de natur lignocelulozicPiroliz/Gazificare i sintez

BiohidrogenBiomas lignocelulozic i deeuri de biomasGazificare i sintez / Proces biologic

Ali biocombustibiliBiometanolAmestecuri de alcooli superioriBiodimetileter (Bio-DME)Biomas lignocelulozic i deeuri de natur lignocelulozicGazificare i sintez

3. Biocombustibili de generaia a III-aBiomasa este reprezentat de materii prime modificate genetic: plante oleaginoase cu o productivitate crescut de ulei, biomas lemnoas cu coninut mai mic de lignin pentru mbuntirea procesului de prelucrare.Specialitii au dezvoltat plopi cu coninut mai mic de lignin pentru mbuntirea procesului de prelucrare. Cercettorii deja au fcut harta genetic a sorgului i a porumbului, ceea ce permite agronomilor modificarea informaiei genetice n scopul reglrii produciei de ulei. Archer Daniels Midland Company (ADM) este o firm american care de ani de zile dezvolt astfel de soiuri de plante. Firma american Arborgen are n curs de creare soiuri de pomi care sunt destinai produciei de biocombustibil i de cherestea. (Mihilescu, 2008)Creterea biomasei cu ajutorul microorganismelor (cum ar fi fitoplanctonul, micro-algele, bacteriile) pentru a produce lipide destinate conversiei n biodiesel se realizeaz n bazine deschise, fotobioreactoare sau sisteme hibride. CO2 produs n centrale electrice i instalaii industriale poate fi folosit pentru a alimenta procesul (reciclare i biofixare CO2).Produsul principal este biocombustibilul obinut din alge. Ali produi sunt bioetanolul din culturi de plante forestiere cu rotaie prin hidroliza celulozei, bio-ulei sau biodiesel din cultivarea algelor utiliznd CO2 de la centrale termoelectrice, biodiesel din gazificarea deeurilor de biomas, bio-n-butanol din fermentarea biomasei (drept co-solvent pentru amestecurile de etanol / metanol benzin sau ca produs chimic).A treia generaie de biocarburani se bazeaz pe tehnologii care nu sunt nc comercializate. Acestea vor necesita o nou infrastructur care s includ reele de distribuie, staii de alimentare i maini, precum i o susinere politic i tehnic, o dat cu introducerea lor pe pia.

4. Biocombustibili de generaia a IV-aTehnologia celei de a patra generaii combin materia prim optimizat genetic, care este dezvoltat pentru a capta mari cantiti de carbon, cu ajutorul microrganismelor modificate genetic, care sunt create a crete eficiena produciei de combustibil.Biomasa este bazat pe culturi ncruciate sau modificate genetic care absorb n mod specific cantiti foarte mari de CO2. Se obine biohidrogen din fermentaia biomasei selecionate i biohidrogen din fotoliza apei utiliznd microorganisme drept catalizator.Aceti biocarburani pot fi obinui prin piroliz rapid tehnologie ce utilizeaz biomas ars la 400 - 600 C n absena aerului.

5. Caracteristicile i obinerea biocombustibililor

Tabelul 3. Proprietile biocombustibililor (Mihilescu, 2008)ProdusulKg/L (m3)MJ/kgmm2/s 20 CC.Cet. (Oct.)T C

Benzin0,76421,74,092 (CO)100 (CO)130 CO)-

BioDME0,6728,4-60-

BioETBE0,7436,41,5102 (CO)7088

BioH20,016120,0-