Introducere

Biocombustibilii sunt combustibili solizi, lichizi sau gazoşi obţinuţi din biomasa

plantelor oleaginoase, ierboase sau lemnoase, deşeuri agricole şi forestiere, deşeuri organice

municipale şi industriale. Biocombustibilii sunt reprezentaţi de alcooli, eteri, esteri. Teoretic,

biocombustibilii pot fi obţinuţi din orice sursă biologică de carbon. (Gog, 2008)

Biomasa lignocelulozică reprezintă o sursă abundentă şi ieftină de resurse energetice

regenerabile. De exemplu, reziduurile de trestie-de-zahăr, numite bagase, rezultate în urma

extracţiei zahărului din trestia-de-zahăr sunt generate în cantităţi foarte mari în ţări ca

Brazilia, Tailanda, India, Hawaii şi în sudul S.U.A.. Teoretic, o tonă de bagase uscată poate

genera circa 424 litri etanol. (Vintilă, 2007).

Alte produse lignocelulozice care pot fi folosite ca surse de energie sunt: reziduuri sau

subproduse agricole (coceni de porumb, paie de grâu sau orez), reziduuri forestiere, reziduuri

din industria celulozei şi hârtiei, plante ierboase energetice.

Spre deosebire de amidon, care este un polimer omogen şi uşor de hidrolizat, materia

lignocelulozică vegetală conţine celuloză, hemiceluloză, lignină şi alte componente greu de

hidrolizat. Toate aceste componente trebuie iniţial tratate chimic şi enzimatic, până sunt

transformate în zaharuri care pot fi fermentate la alcool. Cu toate că biomasa lignocelulozică

este disponibilă în cantităţi foarte mari, provocarea principală pentru a face produsul

competitiv din punct de vedere comercial este reducerea costurilor procesului de conversie a

biomasei la etanol.

În acest moment se apreciază că sunt aplicabile economic şase tipuri de tehnologii de

conversie a biomasei în produse energetice, alegerea tehnologiei depinzând de o serie de

factori printre care se numără costurile produsului energetic, volumul biomasei care urmează

să fie transformată în biocombustibili sau accesul la piaţa energetică. (Imireanu, 2010)

1

1. Biomasa vegetală

Biomasa vegetală sau biomasa lignocelulozică este alcătuită din 26 % lignină, 44 %

celuloză şi 30 % hemiceluloză.

Se utilizează de regulă deşeuri lemnoase care pot fi valorificate ulterior pentru

obţinerea de biocombustibili. Biomasa, fiind o componentă a ciclului carbonului în natură,

contribuie la absorbţia dioxidului de carbon din atmosferă prin procesul de fotosinteză. În

felul acesta, creşterea producţiei de biomasă la nivel mondial are impact pozitiv asupra

mediului înconjurător prin reducerea gazelor cu efect de seră de până la 209 milioane tone

CO2 echivalent/an. (Gog, 2008)

Folosirea biomasei vegetale pentru obţinerea prin ardere a energiei oferă o serie de

avantaje:

1. Protejarea mediului înconjurător prin evitarea creşterii cantităţii de CO2 în

atmosferă. Prin folosirea biocombustibililor vegetali, CO2 rămâne într-un circuit închis.

Plantele iau CO2 din atmosferă în procesul de fotosinteză, iar prin arderea biocombustibililor

se degajă energie şi aceeaşi cantitate de CO2, care fusese luată iniţial din atmosferă, astfel că,

în final, nu se provoacă nici o creştere a cantităţii de CO2 din atmosferă.

2. Un impact ecologic pozitiv îl are şi faptul că la arderea unor biocombustibili şi alte

emisii din gazele de ardere sunt în cantitate mai mică decât în gazele de la arderea

combustibililor fosili.

3. Biocombustibilii proveniţi din reziduuri sau din produse secundare ale producţiei

agricole, cum sunt paiele, cocenii şi altele, pot avea şi un preţ scăzut.

4. Unele dintre plantele energetice cultivate sunt nepretenţioase în ceea ce priveşte

condiţiile de sol şi se pretează bine la lucrările mecanizate.

Biomasa vegetală, reprezentată de plantele oleaginoase, de culturile şi deşeurile

agricole, de biomasa şi deşeurile lemnoase sau de deşeurile industriale şi municipale trebuie

recoltată, colectată şi depozitată, iar apoi necesită anumite tehnologii de conversie pentru a

rezulta produşii finali.

Tehnologiile de conversie pot fi chimice (transesterificare), fizico-chimice (extracţie),

biochimice (fermentaţie) sau termo-chimice (gazificare). Se pot obţine în aceste procese şi

produşi secundari care sunt apoi transformaţi în produşi finali. Produşii finali sunt

combustibili pentru transport (biodiesel, bioetanol), combustibili generatori de căldură şi

electricitate şi compuşi chimici valoroşi (farmaceutici, polimeri). (figura 1)

2

Figura 1. Valorificarea biomasei vegetale (Gog, 2008)

Procesarea biomasei vegetale se poate realiza prin metode termice, biologice sau

mecanice. Procesarea termică constă în combustia biomasei, piroliză, gazificare, iar cea

biologică se face prin fermentaţie sau digestie. Produsele obţinute sunt bio-uleiul, biogazul,

căldura, etanolul şi uleiul vegetal. Valorificarea finală constă în obţinerea de compuşi chimici

de interes, căldură, electricitate şi combustibili de transport. (figura 2)

Figura 2. Procesarea biomasei vegetale (Gog, 2008)

3

Combustia directă a biomasei este procesul termic folosit la mai mult de 90 % din

centralele de obţinere a energiei termice din întreaga lume. Arderea combinată a biomasei

lemnoase în amestec cu cărbunele este utilizată pentru producerea de apă caldă sau

electricitate.

Piroliza biomasei lemnoase este o tehnologie care constă în încălzirea biomasei

lemnoase într-un mediu controlat, fără oxigen, ceea ce conduce la producerea de cantităţi

diferite de combustibil lichid, gaz şi cărbune de lemn.

Procesul de gazificare constă în încălzirea şi arderea lemnului cu o cantitate mică de

oxigen, ceea ce conduce la transformarea, într-o proporţie înaltă, a lemnului în gaz. În acest

proces se utilizează ca materie primă lemnul, masa verde, mangalul, deşeurile şi alte materiale

ce fac parte din categoria biomasei, iar gazul rezultat este utilizat pentru producerea de

căldură şi/sau electricitate.

Gazificarea este un proces termochimic de transformare a biomasei în aşa numitul gaz

de generator care conţine CO, H2, CH4 şi alte gaze (azot) şi care poate fi utilizat, cu unele mici

modificări, în motoarele ce funcţionează pe benzină sau pe combustibili diesel.

Tehnologiile de gazificare a biomasei sunt de o mare diversitate. Teoretic, orice

biomasă vegetală cu un conţinut de umiditate variind între 5 % şi 30 % poate fi gazificată.

Totuşi, nu din orice biomasă se poate obţine gaz de generator de calitate.

Pe lângă posibilităţile numeroase de valorificare a biomasei pentru obţinerea de

biocombustibili, aceasta poate fi procesată şi pentru obţinerea unei game variate de compuşi

chimici de mare interes, în procese separate (extracţia) sau cuplate cu procesele de obţinere a

biocombustibililor. (figura 3)

Figura 3. Valorificarea biomasei vegetale pentru obţinerea compuşilor chimici (Gog,

2008)

4

2. Producţia de biocombustibili

Criza mondială de energie din ultimul timp a pus pe jar comunitatea ştiinţifică

internaţională. Preţul ţiţeiului este tot mai greu de controlat. De aceea, trebuie căutate noi

metode de a obţine combustibili „pe cale naturală”. Se pare că soluţia cea mai bună o

reprezintă înlocuirea combustibililor convenţionali, fosili, cu biocombustibili obţinuţi din

surse regenerabile. (Vintilă, 2007)

O sursă permanentă de materie energetică o reprezintă plantele care conţin glucide sau

poliglucide care înmagazinează energie, cum ar fi porumbul ce conţine o cantitate mare de

amidon. Acesta poate fi transformat cu ajutorul enzimelor în glucoză, care poate fi fermentată

de către microorganisme la etanol, ce constituie un biocombustibil de calitate.

U.E., cu toate că se află în grupul celor mai mari producători de biocombustibili, este

devansată cu mult de ţări ca Brazilia sau S.U.A.. În anul 2003, la 30 de ani după ce Brazilia a

lansat programul „pro alcool”, U.E. a stabilit cadrul legal şi fiscal pentru încurajarea

producerii şi folosirii biocombustibililor în ţările membre. (Vintilă, 2007)

Pachetul legislativ constă în două directive. Cea „promoţională” stabileşte indicatorii

şi ţintele pentru a încuraja statele membre să utilizeze 2 % biocombustibili din consumul total,

până în 2006, şi 5,75 %, până în 2011. A doua directivă se referă 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 această directivă, statele

membre vor putea să scutească de impozite, complet sau în parte, produsele care conţin

substanţe ecologice. (Vintilă, 2007)

În 2002, alcoolul combustibil reprezenta aproximativ 15 % din alcoolul produs în U.E.

(396 milioane litri) şi era produs doar în trei ţări: Spania (56 %), Franţa (30 %) şi Suedia (14

%). Dacă în U.E. se impune adăugarea de minimum 5,75 % biocombustibil până în 2011, în

Brazilia, spre exemplu, deja legea impune introducerea a minimum 26 % etanol în benzină.

Însă, în Brazilia, etanolul este produs din bagase (trestie-de-zahăr epuizată, rezultată în urma

extracţiei zahărului) şi, doar o mică parte, din porumb. (Vintilă, 2007)

În ceea ce priveşte promovarea biocombustibililor în U.E. şi România, factorii

economici şi politicile economice pe termen lung şi mediu, prin acordarea de subvenţii şi

fonduri pentru utilizarea surselor regenerabile de energie, creează un context economic

favorabil creşterii gradului de valorificare energetică a acestora. (Imireanu, 2010)

5

În ceea ce priveşte potenţialul energetic de biomasă al României, acesta a fost evaluat,

la nivelul anului 2000, la circa 7594 mii tone/an, adică 318 x 109 MJ/an, ceea ce reprezintă

aproape 19 % din consumul total de resurse din anul respectiv. (Imireanu, 2010)

Figura 4. Evoluţia biocombustibililor în U.E. între 1998 şi 2006 (Roman, 2009)

Figura 5. Cererea de biodiesel şi bioetanol şi rata de încorporare până în anul 2020 în

U.E.27 (Roman, 2009)

6

3. Necesitatea biocombustibililor

Conform Roman şi colab., 2009, biocombustibilii sunt necesari pentru:

1. Securitatea energetică

• Creşterea securităţii energetice prin diversificarea resurselor energetice

utilizate şi limitarea dependenţei de resursele energetice de import;

• Reducerea importurilor de produse petroliere;

• Lărgirea bazei resurselor energetice prin utilizarea potenţialului naţional de

resurse bioenergetice;

• Creşterea nivelului de eficienţă a tehnologiilor.

2. Durabilitate

• Îmbunătăţirea eficienţei energetice a tehnologiilor de producţie şi utilizare a

biocarburanţilor;

• Utilizarea raţională a resurselor de sol ale ţării fără a rezulta un impact negativ

asupra biodiversităţii şi secătuirea solurilor bogate în carbon;

• Reducerea emisiilor cu efect de seră pe întreg ciclul de producere şi utilizare a

biocarburanţilor (Primul pas a fost semnarea Protocolului de la Kyoto care presupune

reducerea emisiei gazelor de seră cu 70%);

• Utilizarea deşeurilor agro-alimentare, municipale şi forestiere;

• Susţinerea activităţilor de cercetare-dezvoltare, diseminare şi transfer

tehnologic a rezultatelor cercetărilor aplicabile cu privire la producerea şi utilizarea

biocarburanţilor.

3. Competitivitate

• Dezvoltarea pieţelor concurenţiale privind carburanţii în acord cu impactul de

mediu al acestora pe întreg ciclul de viaţă;

• Lărgirea gamei de plante energetice cultivate în România în concordanţă cu

condiţiile pedoclimatice ale ţării;

• Dezvoltarea tehnologiilor de cultură a plantelor energetice prin maximizarea

nivelului producţiilor şi creşterea eficienţei energetice;

• Optimizarea tehnologiilor de producţie a biocarburanţilor de generaţia întâi

(biomotorinelor şi biobenzinelor);

• Dezvoltarea tehnologiilor de producţie a carburanţilor de generaţia a doua.

7

4. Dezvoltarea socio-economică a zonelor rurale

• Utilizarea la întreaga capacitate a potenţialului agricol existent în zonele rurale;

• Dezvoltarea unor IMM-uri în zonele rurale;

• Lărgirea pieţei produselor agricole (alimentare şi nealimentare);

• Creşterea gradului de ocupare a forţei de muncă disponibilă în zonele rurale;

• Promovarea unei pieţe a energiei regenerabile va contribui la realizarea

obiectivelor revizuite de la Lisabona, printr-o creştere a ocupării forţei de muncă şi a

eforturilor depuse în domeniul activităţii de cercetare şi de inovare.

4. Tipuri de biocombustibili

Conform Directivei EC/2003/30 a Consiliului şi Parlamentului European din 8 mai

2003 privind promovarea utilizării biocombustibililor sau a altor combustibili regenerabili

destinaţi transportului, biocombustibilii sunt următorii:

(a) ”bioetanolul”: etanol extras din biomasă şi/sau din partea biodegradabilă a

deşeurilor, 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 biomasă şi/sau din partea

biodegradabilă a deşeurilor care poate fi purificat la calitatea gazului pur, care poate fi folosit

ca biocombustibil sau gaz de lemn;

(d) ”biometanol”: dimetilester extras din biomasă, pentru a fi folosit ca

biocombustibil;

(e) ”biodimetileter”: dimetilester extras din biomasă, pentru a fi folosit ca

biocombustibil;

(f) ”bio-ETBE (etil-terţo-butil-ester)”: ETBE este produs pe bază de bioetanol.

Procentul în volum de bio-ETBE socotit ca biocombustibil este de 47 %;

(g) ”bio-MTBE (metil-terţo-butil-eter)”: un combustibil pe bază de biometanol.

Procentul în 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 biomasă;

8

(i) ”biohidrogen”: hidrogen extras din biomasă şi/sau din partea biodegradabilă a

deşeurilor, pentru a fi folosit ca biocombustibil;

(j) ”uleiul vegetal pur”: ulei produs din plante uleioase prin presare, extracţie sau

proceduri comparabile, crud sau rafinat, dar nemodificat chimic, atunci când este compatibil

cu motoarele la care este folosit şi când este conform cerinţelor normelor privind noxele.

O altă clasificare a biocombustibililor este prezentată de Gog şi colab., 2008.

1. Biocombustibili de generaţia I

Sunt obţinuţi din carbohidraţi, amidon, ulei vegetal, grăsimi animale prin tehnologii

convenţionale. Dezavantajul major al acestor biocombustibili este faptul că biomasa utilizată

este comună cu cea folosită pentru alimentaţie.

Tabelul 1. Biocombustibili de generaţia I

Biocombustibili Nume specific Materie primă Tehnologia de

conversieUlei vegetal pur Ulei vegetal crud (PPO –

pure plant oil)

Culturi de plante

oleaginoase (rapiţă, soia,

floarea soarelui, palmier,

jatropha, canola, ricin etc.)

Extracţie prin

presare la rece

Biodiesel Biodiesel din culturi

energetice

Metil-ester din seminţe

de rapiţă (RME) – acid

gras metil/etil ester

(FAME / FAEE)

- Culturi de plante

oleaginoase (rapiţă, soia,

floarea soarelui, palmier,

jatropha, canola, ricin etc.)

- Uleiuri arse, reziduale

- Extracţie prin

presare la rece,

purificare şi

transesterificare

- Hidrogenare

Bioetanol Bioetanol convenţional Sfeclă de zahăr, trestie de

zahăr, cereale

Hidroliză şi

fermentaţieBiogaz Biogaz purificat Biomasă (umedă) Digestie anaerobăBio-ETBE Bioetanol Sinteză chimică

2. Biocombustibili de generaţia a II-a

9

Biomasa este reprezentată de materiile lignocelulozice obţinute prin recoltarea

plantelor care nu sunt destinate alimentaţiei şi biomasa reziduală. Astfel se pot produce

bioetanol celulozic, biocombustibili sintetici, biogaz din material lignocelulozic şi

biohidrogen din material lignocelulozic.

Tabelul 2. Biocombustibili de generaţia a II-a

Biocombustibili Nume specific Materie primă Tehnologia de

conversieBioetanol Bioetanol

celulozic

Biomasă lignocelulozică şi

deşeuri de biomasă

Hidroliză avansată şi

fermentaţieBiogaz Gaz natural

sintetic (SNG)

Biomasă lignocelulozică şi

deşeuri de natură

lignocelulozică

Piroliză/Gazificare şi

sinteză

Biodiesel Biomasă

transformată în

lichid (BTL)

Diesel Fischer-

Tropsch (FT)

(Bio)diesel

sintetic

Biomasă lignocelulozică şi

deşeuri de natură

lignocelulozică

Piroliză/Gazificare şi

sinteză

Biohidrogen Biomasă lignocelulozică şi

deşeuri de biomasă

Gazificare şi sinteză /

Proces biologicAlţi

biocombustibili

Biometanol

Amestecuri de

alcooli

superiori

Biodimetileter

(Bio-DME)

Biomasă lignocelulozică şi

deşeuri de natură

lignocelulozică

Gazificare şi sinteză

3. Biocombustibili de generaţia a III-a

10

Biomasa este reprezentată de materii prime modificate genetic: plante oleaginoase cu

o productivitate crescută de ulei, biomasă lemnoasă cu conţinut mai mic de lignină pentru

îmbunătăţirea procesului de prelucrare.

Specialiştii au dezvoltat plopi cu conţinut mai mic de lignină pentru îmbunătăţirea

procesului de prelucrare. Cercetătorii deja au făcut harta genetică a sorgului şi a porumbului,

ceea ce permite agronomilor modificarea informaţiei genetice în scopul reglării producţiei de

ulei. Archer Daniels Midland Company (ADM) este o firmă americană care de ani de zile

dezvoltă astfel de soiuri de plante. Firma americană Arborgen are în curs de creare soiuri de

pomi care sunt destinaţi producţiei de biocombustibil şi de cherestea. (Mihăilescu, 2008)

Creşterea biomasei cu ajutorul microorganismelor (cum ar fi fitoplanctonul, micro-

algele, bacteriile) pentru a produce lipide destinate conversiei în biodiesel se realizează în

bazine deschise, fotobioreactoare sau sisteme hibride. CO2 produs în centrale electrice şi

instalaţii industriale poate fi folosit pentru a alimenta procesul (reciclare şi biofixare CO2).

Produsul principal este biocombustibilul obţinut din alge. Alţi produşi sunt bioetanolul

din culturi de plante forestiere cu rotaţie prin hidroliza celulozei, bio-ulei sau biodiesel din

cultivarea algelor utilizând CO2 de la centrale termoelectrice, biodiesel din gazificarea

deşeurilor de biomasă, bio-n-butanol din fermentarea biomasei (drept co-solvent pentru

amestecurile de etanol / metanol – benzină sau ca produs chimic).

A treia generaţie de biocarburanţi se bazeaz pe tehnologii care nu sunt încă

comercializate. Acestea vor necesita o nouă infrastructură care să includă reţele de distribuţie,

staţii de alimentare şi maşini, precum şi o susţinere politică şi tehnică, o dată cu introducerea

lor pe piaţă.

4. Biocombustibili de generaţia a IV-a

Tehnologia celei de a patra generaţii combină materia primă optimizată genetic, care

este dezvoltată pentru a capta mari cantităţi de carbon, cu ajutorul microrganismelor

modificate genetic, care sunt create a creşte eficienţa producţiei de combustibil.

Biomasa este bazată pe culturi încrucişate sau modificate genetic care absorb în mod

specific cantităţi foarte mari de CO2. Se obţine biohidrogen din fermentaţia biomasei

selecţionate şi biohidrogen din fotoliza apei utilizând microorganisme drept catalizator.

Aceşti biocarburanţi pot fi obţinuţi prin piroliză rapidă – tehnologie ce utilizează

biomasă arsă la 400 - 600 °C în absenţa aerului.

5. Caracteristicile şi obţinerea biocombustibililor

11

Tabelul 3. Proprietăţile biocombustibililor (Mihăilescu, 2008)

Produsul Kg/L (m3) MJ/kg mm2/s 20 °C C.Cet. (Oct.) T °CBenzină 0,76 421,7 4,0 92 (CO) <21Motorină 0,84 42,7 5,0 50 80BioEtOH 0,79 26,8 1,5 >100 (CO) <21BioDiesel 0,88 37,1 7,5 56 120Biogaz 0,72 50,0 - 130 (CO) -BioMeOH 0,79 19,7 - 3 (>130 CO) -BioDME 0,67 28,4 - 60 -BioETBE 0,74 36,4 1,5 102 (CO) <22BioMTBE 0,74 35,0 0,7 102 (CO) 28BtL 0,76 43,9 4,0 >70 88BioH2 0,016 120,0 - <88 (CO) -Ulei vegetal 0,92 37,6 74,0 40 317

După Imireanu, 2010, biocombustibilii se împart în trei mari categorii: biocombustibili

solizi, biocombustibili lichizi şi biocombustibili gazoşi.

1. Biocombustibilii solizi

Multe materiale vegetale solide pot furniza prin ardere energie termică. Din punct de

vedere al provenienţei, biocombustibilii solizi se pot clasifica în: materiale lemnoase

combustibile, paie de cereale, ciocălăi de porumb şi boabe de cereale.

Cele mai reprezentative categorii de materiale lemnoase combustibile sunt: lemnul de

foc, scoarţa de copac, crengile de la exploatarea pădurii, crengile tocate de la întreţinerea

livezilor de pomi, corzile de viţă de vie, rumeguşul, talaşul, bucăţile mici de cherestea şi alte

reziduuri de la prelucrarea lemnului. În mod obişnuit arborii proveniţi din exploatarea

forestieră sunt un biocombustibil omogen de mare calitate. Din punct de vedere energetic

materialele lemnoase combustibile au un conţinut mediu de energie cuprins între 14 MJ/kg. şi

19 MJ/kg. (Imireanu, 2010)

O categorie foarte importantă a biocombustibilor solizi, utilizaţi pentru producere de

energie termică prin ardere, o constituie paiele. Conţinutul energetic al acestora este destul de

ridicat şi variază în funcţie de umiditate: 14,5 MJ/kg la umiditatea de 15 %, 12,6 MJ/kg la 25

% umiditate sau 10,8 MJ/kg la 35 % umiditate. (Imireanu, 2010)

12

Ciocălăii de porumb, utilizaţi ca biocombustibil pentru obţinerea energiei termice, au

un conţinut energetic bun, de circa 18,5 MJ/kg. Puterea energetică a ciocălăilor variază între

15,3 MJ/kg şi 21,7 MJ/kg, în funcţie de umiditate. (Imireanu, 2010)

În ultimii ani şi boabele de cereale au început să fie utilizate ca biocombustibili pentru

producerea energiei termice. Valoarea calorică a cerealelor se situează între 3,95 kWh/kg şi

4,28 kWh/kg, în funcţie de tipul de cereale, ceea ce înseamnă că 2,5 kg de boabe pot să

înlocuiască aproximativ 1 l de combustibil lichid de încălzire. (Imireanu, 2010)

Dintre plantele energetice, cultivate special pentru obţinerea energiei termice prin

ardere, salcia energetică (Salix viminalis) este considerată cea mai eficientă, având o putere

calorică de 20,5 MJ/kg. (Imireanu, 2010)

Peletizarea şi brichetarea sunt tehnologii prin care biomasa este comprimată, în

prezenţa căldurii, pentru a produce blocuri mici de biomasă. Acestea pot fi arse direct, în

cuptoarele instalaţiilor utilizate pentru producerea de energie termică prin combustie directă.

Brichetarea şi peletizarea resturilor de material rezultat în urma procesului tehnologic

de prelucrare a lemnului sunt două din modurile principale prin care se poate proteja mediul

înconjurător. Totodată, aceste două procese de prelucrare a biomasei au ca rezultat obţinerea

unor combustibili cu o putere calorică mare. Modalitatea de diferenţiere între brichete şi peleţi

este dată de dimensiunea acestora, brichetele având dimensiuni mai mari decât peleţii.

Caracteristicile peleţilor sunt: densitatea, care este de minim 1100 kg/m3, umiditatea,

cuprinsă între 8 % şi 10 %, conţinutul de cenuşă, valoarea medie a acesteia fiind de 0,5 % şi

căldura degajată, a cărei valoare este de 17,58 MJ/kg. (Imireanu, 2010)

Figura 6. Peleţi de lemn (W1)

Caracteristicile brichetelor sunt: densitatea, cu valoarea de 660 - 690 kg/m3,

umiditatea, care este de 8 %, conţinutul de cenuşă, valoarea medie fiind de 1,5 % şi puterea

calorică, care este de 17,8 MJ/kg. (Imireanu, 2010)

13

Figura 7. Brichete de lemn (W1)

Procesul tehnologic de fabricare a peleţilor este asemănător cu cel de producere a

brichetelor de biomasă. Diferenţa principală dintre cele două procese tehnologice este dată de

dimensiunile diferite ale celor două produse energetice. Prin urmare, presele pentru

producerea peleţilor au caracteristici diferite faţă de presele utilizate în procesul de brichetare.

În ceea ce priveşte valorificarea energetică a brichetelor şi a peleţilor, aceasta se poate realiza

în orice arzătoare de lemn, de la sobele de teracotă, la focurile deschise.

2. Biocombustibilii lichizi sunt obţinuţi prin prelucrarea plantelor cultivate special în

scopul obţinerii de energie. Producţia chimico - biologică de combustibili lichizi are la bază o

serie de reacţii chimice şi procese biologice. Materia primă este constituită din biomasă cu un

conţinut ridicat de elemente amidonoase şi glucidice.

Uleiul de rapiţă este un foarte bun combustibil pentru motoarele Diesel şi este

cunoscut şi sub numele de biodiesel. Uleiul de rapiţă poate înlocui total motorina, fără să fie

nevoie de motoare speciale, iar motoarele existente pot să fie utilizate fără să fie modificate

sau cu foarte puţine modificări. De asemenea, biodieselul poate fi amestecat cu carburant

diesel convenţional.

Conţinutul energetic al uleiului de rapiţă este de 37 - 40 MJ/kg. Şi alţi parametri ai

uleiului de rapiţă biocombustibil sunt apropiaţi de cei ai motorinei. Vâscozitatea la biodiesel

este ceva mai mare decât în cazul motorinei, dar probleme pot apărea doar pe timp foarte rece.

(Imireanu, 2010)

Biodieselul reprezintă un amestec de esteri alchilici ai acizilor graşi, metilici sau

etilici. Materiile prime sunt supuse transesterificării cu metanol sau etanol în prezenţă de

catalizatori.

14

Materiile prime folosite pentru obţinerea biodieselului sunt:

• materii prime vegetale : boabele de soia, canola (plantă asemănătoare rapiţei),

floarea soarelui, palmier, seminţele de bumbac, in şi seminţele de rapiţă, algele, muştarul şi

şofranul.

• uleiul vegetal uzat folosit pentru prăjit de către restaurante şi producători

industriali.

• materia primă de origine animală : grăsimea animală provenită de la abatoare.

Pe piaţa europeană sunt comercializate mărci de biodiesel cu un conţinut diferit de

esteri de la 5 % (B-5) până la 100 % (B-100). Utilizarea biodieselului de marca B-20 permite

micşorarea emisiei de gaze de seră (dioxid de carbon, monoxid de carbon şi metan) în medie

cu 15 % în comparaţie cu motorina, iar a celui de marca B-100 micşorarea cu 32 % a emisiei

de particule solide, cu 35 % a monoxidului de carbon şi cu 8 % a oxizilor de sulf. În acest fel

se reduce considerabil eliminarea unor poluanţi cu impact puternic asupra climei şi a sănătăţii.

Avantajele biodieselului

• Reducerea emisiilor poluante, deoarece nu conţine sulf şi substanţe aromatice.

• Nu este toxic şi este de 4 ori mai biodegradabil decât motorina clasică.

• Siguranţă mai mare în ceea ce priveşte stocarea, manevrarea şi utilizarea,

deoarece are punctul de inflamabilitate mai ridicat (130 ºC faţă de 60 ºC pentru motorină).

• Reducerea dependenţei energetice de piaţa mondială a petrolului.

• Face posibilă alinierea la exigenţele nivelurilor EURO III şi EURO IV, privind

noxele din gazele de eşapament.

• Are o combustie superioară în motorul diesel, rezultând o diminuare a

emisiilor de: monoxid de carbon cu 50 - 65 %, fum cu 42 - 57 %, monoxid de azot cu 20 %.

• Dioxidul de carbon care rezultă din combustia biodieselului nu contribuie la

“efectul de seră”, deoarece el provine din uleiuri vegetale (surse regenerabile), care închid

ciclul dioxidului de carbon, deoarece plantele care produc uleiuri, îl consumă prin intermediul

procesului de fotosinteză.

• Arde cu 75 % mai curat decât motorina, deci se reduc substanţial

hidrocarburile nearse, CO, şi particulele din gazele de eşapament.

• Emisiile de NOx pot fi reduse prin reglarea timpului de aprindere al motorului.

15

• Potenţialul de formare de ozon când motorul funcţionează cu biodiesel este cu

50 % mai redus decât la funcţionarea cu motorină convenţională.

• Gazele de eşapament de la biodiesel nu sunt nocive şi nu irită ochii (miros

asemănător cartofilor prăjiţi).

• Poate fi folosit în orice motor diesel şi este un lubrifiant mult mai bun decât

motorina şi măreşte durata de funcţionare a motorului – un camion german a intrat în Cartea

Recordurilor parcurgând mai mult de 1,25 mil. km numai cu biodiesel, cu motorul original.

Dezavantajele biodieselului

• Necesită unele mici modificări şi reglaje ale motorului.

• Are vâscozitate mai mare, deci pomparea este mai dificilă şi apar depunerile la

nivelul injectoarelor.

• Utilizarea de cantităţi mari de biodiesel poate impune luarea unor măsuri

suplimentare de protecţie a pieselor care vin în contact cu biodieselul pur.

• Se reduce puterea nominală a motorului cu cca. 5 – 7 %, datorită puterii

calorice inferioare în raport cu motorina.

• Valori mai ridicate pentru temperatura de tulburare şi punctul de lichefiere,

deci probleme la pornirea motorului la temperaturi mai scăzute (la frig poate să se solidifice)

şi consum mai ridicat.

• Procent mai ridicat al emisiilor de oxizi de azot (NOx).

• Are stabilitate mai redusă la agenţii de oxidare şi poate ridica probleme la

depozitarea pe termen lung.

• Pentru sinteză se lucrează cu metanol şi NaOH care sunt toxice.

• După sinteză se obţine ca produs secundar glicerina care trebuie valorificată.

• Momentan, preţul de fabrică este mai ridicat decât cel al motorinei, dar în unele

ţări din Comunitatea Europeană este subvenţionat de către stat.

• Necesită suprafeţe întinse de teren pentru cultivarea plantelor oleaginoase.

Obţinerea biodieselului

Pentru transesterificarea uleiurilor şi obţinerea în acest mod al biodieselului se

foloseşte metanolul, dar din cauza toxicităţii lui şi a preţului mare, în ultimul timp s-au făcut

16

experimente pentru al înlocui cu etanol, care la rândul său se produce în cantităţi mari din

surse naturale regenerabile. În urma procesului de transesterificare se mai obţine glicerină, un

produs important, care după o purificare suplimentară poate fi utilizată în industria

farmaceutică sau cosmetică.

Figura 8. Schema tehnologică de producere a biodieselului

17

Figura 9. Obţinerea biodieselului prin cataliză alcalină (stânga) şi

pe cale enzimatică (dreapta) (Gog, 2008)

Figura 10. Instalaţie de producţie a biodieselului – capacitate 2000 - 5000 L/24h (W2)

18

Figura 11. Biodiesel (partea superioară) şi glicerină+reziduuri (partea inferioară)

Uleiul presat la rece este uleiul obţinut din plantele uleioase prin presare, extracţie sau

proceduri asemănătoare, crud sau rafinat dar nemodificat chimic. Poate fi utilizat ca

biocombustibil în cazuri speciale acolo unde folosirea lui este compatibilă cu tipul de motor

folosit şi cerinţele privind protecţia mediului înconjurător. (Mihăilescu, 2008)

Utilizarea uleiului vegetal crud 100 % trebuie să respecte anumite specificaţii, datorită

puterii calorice inferioare şi vâscozităţii mai mari decât a motorinei. Se recomandă folosirea

motorinei la pornire până la atingerea temperaturii de 75 °C, iar înainte de oprirea motorului

se trece din nou pe motorină pentru degresarea echipamentului de injecţie. Se mai poate

utiliza drept combustibil un amestec ulei vegetal – motorină.

Bioetanolul este un alt biocombustibil lichid folosit la alimentarea motoarelor cu

ardere internă. Acesta poate fi obţinut din foarte multe tipuri de produse agricole, de exemplu

din sfecla de zahăr, cartof, cereale, dar pentru practică prezintă interes acele plante energetice

care pot fi cultivate pe soluri cu însuşiri mai modeste, plante cu producţii mari la hectar şi al

căror produs nu este important pentru alimentaţie. Dintre acestea un loc deosebit îl ocupă

sorgul zaharat.

Bioetanolul nu poate înlocui total benzina, ci doar parţial, la motoarele cu aprindere

prin scânteie. La motoarele nemodificate ponderea bioetanolului poate fi de doar 5 - 6 %.

19

Bioetanolul celulozic se obţine din biomasa lignocelulozică care necesită un tratament

preliminar înainte de hidroliza enzimatică şi fermentaţie. Scopul pretratării biomasei

lignocelulozice este de a face celuloza mai accesibilă hidrolizei enzimatice şi de a solubiliza

zaharurile din constituţia hemicelulozei. Pretratamentul biomasei se realizează prin metode

termice, enzimatice sau acide. Hidroliza enzimatică se realizează cu celulaze care iniţial

hidrolizează celuloza la celobioză (dizaharid de glucoză) şi ulterior celobioza este hidrolizată

la glucoză.

Figura 12. Obţinerea bioetanolului din biomasa lignocelulozică (Gog, 2008)

Combustibilul de alge, aşa-numitul oilgae, este un biocombustibil obţinut din alge.

Algele sunt materii prime cu consum mic de substrat, dar cu o productivitate ridicată de

biocombustibil. Biocombustibilul din alge este biodegradabil şi, având în vedere preţul ridicat

al combustibililor fosili, există un interes crescut pentru algacultură.

Figura 13. Instalaţie de creştere a algelor pentru obţinerea de biocombustibili (W3)

20

Selecţia algelor trebuie să ţină cont de climă, energia solară, calitatea apei, viteza de

creştere a algelor, conţinutul de ulei, compoziţia uleiului de alge, cerinţele pentru mediul de

creştere, posibilitatea creşterii în bioreactoare.

Parametrii importanţi pentru creşterea algelor sunt: nivelul energiei solare, timpul de

expunere la lumină (ciclul zi/noapte), temperatura şi debitul apei din proces, conţinutul de

CO2, conţinutul de macroelemente din mediul de creştere (C, N, P, Mg, Ca, K, Na, Cl),

conţinutul de microelemente din mediul de creştere (Fe, B, Zn, Mn, Mo, Cu, Co, Cd, V, Al,

Ni, Cr, Br, I, etc), conţinutul de vitamine. (Gog, 2008)

Extracţia uleiului de alge se realizează prin: procese clasice disponibile comercial

(extracţia prin presare la rece), tehnologii noi (extracţia cu microunde, ultrasunete, cu fluide

supercritice).

Figura 14. Posibilităţi de valorificare a algelor (Gog, 2008)

Figura 15. Extracţia uleiului de alge (Gog, 2008)

21

3. Biocombustibili gazoşi

Biogazul este un produs obţinut prin fermentaţia anaerobă a dejecţiilor animaliere, a

biomasei şi a apelor reziduale care au un conţinut ridicat de substanţe organice. Resursa

energetică a biogazului este variabilă şi ea depinde de conţinutul în metan al biogazului. S-a

convenit, pentru unificarea modului de exprimare, ca biogazul etalon să fie considerat cel care

are un conţinut de 60 % metan. Ca plante de cultură pentru biogaz se pretează porumbul,

cerealele păioase, floarea soarelui, sorgul furajer, iarba de Sudan.

Biohidrogenul este biocombustibilul cu cea mai mare cantitate de energie pe masă şi

determină emisie zero la vehicule. Hidrogenul se poate obţine prin: reformarea cu abur a

metanului din gazul natural, oxidarea parţială / reformarea altor combustibili pe bază de

carbon, gazificarea cărbunilor sau a biomasei, piroliză, disocierea metanolului sau

amoniacului, electroliza apei (dacă sursa de electricitate este energie regenerabilă, atunci

emisiile nete de dioxid de carbon sunt zero), descompunerea termochimică a apei, fotosinteza

biochimică sau fermentarea şi alte procese electrochimice sau fotochimice. (tabelul 4)

Hidrogenul, în combinaţie cu celulele combustibile, este considerat o sursă de energie

atât pentru mijloacele de transport, cât şi pentru utilizări staţionare. Hidrogenul are avantajul

semnificativ că nu produce poluanţi la transformarea sa în energie, iar celulele combustibile

pe bază de hidrogen oferă o eficienţă mărită la generarea de energie.

În prezent, hidrogenul este produs aproape în întregime, din combustibili fosili cum ar

fi: gazele naturale, ţiţei şi cărbuni, pe baza unor procese de conversie bine stabilite. În aceste

cazuri, dioxidul de carbon eliberat în atmosferă în timpul procesului de producere a

hidrogenului este mai mic decât cel rezultat prin combustia directă a acestor combustibili,

pentru producerea unor cantităţi egale de energie. Utilizarea hidrogenului produs din surse

regenerabile, cum ar fi biomasa, reduce substanţial cantitatea de CO2 eliberată în atmosferă.

22

Tabelul 4. Metode de producere a hidrogenului (Mihăilescu, 2008)

Metoda de

bază

Procesul Materia

primă

Energia necesară Emisii

Termică Reformare cu

abur

Gaze

naturale

Abur de înaltă

temperatură

Unele emisii

Sechestrarea

carbonului poate

scădea efectul lorDescompunerea

termochimică a

apei

Apă Temperatură ridicată

obţinută de la răcirea

reactoarelor nucleare

Fără emisii

Gazificare Cărbuni,

biomasă

Aburi şi oxigen la

temperatură ridicată şi

presiune

Unele emisii

Sechestrarea

carbonului poate

scădea efectul lorPiroliză Biomasă Aburi de temperatură

moderată

Unele emisii

Sechestrarea

carbonului poate

scădea efectul lorElectrochimică Electroliză Apă Electricitate de natură

eoliană, solară, hidro

şi nucleară

Fără emisii

Electroliză Apă Electricitate produsă

de cărbuni şi gaze

naturale

Unele emisii

rezultate la

producerea

electricităţiiFotochimică Apă Lumină solară directă Fără emisii

Biologică Fotobiologică Apă şi

specii de

alge

Lumină solară directă Fără emisii

Fermentaţie

anaerobă

Biomasă Temperatură ridicată Unele emisii

Microorganisme

fermentative

Biomasă Temperatură ridicată Unele emisii

Celulele combustibile. Neajunsurile stocării energiei electrice în baterii (cazul

autovehiculelor cu propulsie electrică) poate fi depăşit prin generarea electricităţii de către

celulele combustibile. Primele celule combustibile cu hidrogen au fost utilizate pentru

generarea electricităţii în misiunile spaţiale Apollo, după care au fost găsite numeroase alte

23

aplicaţii. Cercetările întreprinse ulterior au dus la ideea că autovehiculele cu celule

combustibile pe bază de hidrogen pot fi o alternativă viabilă. (Mihăilescu, 2008)

Celulele combustibile funcţionează prin combinarea chimică a hidrogenului şi

oxigenului pentru a crea electricitate, fără a avea nevoie de motoarele convenţionale care sunt

zgomotoase şi poluante. La modul general, o celulă combustibilă funcţionează ca o baterie.

Celulele combustibile nu au componente mobile care să necesite uleiuri de ungere sau

de lubrifiere, sunt caracterizate de emisii zero în sensul emisiilor cu efect de seră şi de emisii

limitate de oxizi. Zgomotele sunt reduse în timpul funcţionării, fiind determinate numai de

compresorul de aer şi de ventilatorul necesar pentru răcire. Principalul dezavantaj al acestui

mod de propulsie pentru autovehicule îl reprezintă stocarea hidrogenului care se poate face

numai în recipiente sub presiune.

Această nouă direcţie a industriei de automobile a fost urmată de către marii

producători de automobile din lume. Astfel, pe piaţa mondială au apărut şi primele prototipuri

de autovehicule cu celule combustibile fabricate de către General Motors, Honda, Toyota,

Ford, Opel.

6. Vehicule alimentate cu combustibili alternativi

Vehicule alimentate cu hidrogen:

• motoare cu combustie internă adaptate pentru H2;

• motoare cu combustie internă hibride adaptate pentru H2;

• vehicule cu celule combustibile cu hidrogen cu reformare;

• vehicule cu celule combustibile cu hidrogen fără reformare;

• alte tipuri de celule combustibile directe cu metan, directe cu metanol, care nu

necesită hidrogen, dar nu sunt tot atât de eficiente şi au emisii de CO2.

Tabelul 5. Vehicule cu combustibil alternativ (modele 2007) (Mihăilescu, 2008)

Combustibil / tehnologie Producătorul de vehicul / modelHibrid electric Chevrolet Silverado Lexus GS450h

Dodge Ram Lexus RX 400hFord Escape Mercury Mariner

24

Ford Escape Nissan AltimaGMC Sierra Nissan AltimaHonda Accord Toyota CamryHonda Civic Toyota HighlanderHonda Insight Toyota Prius

Diesel / Biodiesel Chevrolet Express Jeep Grand CherokeeDodge Ram Mercedes-Benz E320 BLUETECFord E-Series Mercedes-Benz R320 CDIFord F-Series SuperDuty Mercedes-Benz ML320 CDIGMC Savana Mercedes-Benz GL320 CDIGMC Sierra 2500HD Volkswagen Touareg TDI

E85 Flex-Fuel Chrysler Sebring Chevrolet Monte CarloChrysler Aspen Chevrolet TahoeDodge Durango GMC YukonDodge Caravan Chevrolet SuburbanDodge Grand Caravan GMC Yukon XLChrysler Town & Country Chevrolet SilveradoDodge Dakota GMC SierraDodge Ram Chevrolet AvalancheJeep Grand Cherokee Chevrolet ExpressJeep Commander GMC SavanaFord Crown Victoria Chevrolet UplanderMercury Grand Marquis Mercedes Benz C230 Sport SedanFord F-150 Nissan ArmadaChevrolet Impala Nissan Titan

Gaz natural comprimat Honda Civic GXCelule combustibile Honda FCX

25