20
Rostoucí spotřeba fosilních paliv způsobená populační explozí a stále konzumnějším způsobem života obyvatel vyspělých zemí vede zákonitě k úbytku jejich zásob. Navíc je čerpání těchto zásob závislé na politické situaci daného regionu, mnohdy se stává nástrojem k uplatňování mocenských zájmů a zdrojem mezinárodních konfliktů. Připočteme-li k tomu i ekologický aspekt, je pochopitelné, že lidstvo se snaží hledat alternativní, nové zdroje svého konzumu, které by z velké části nahradily zdroje konzervativní – fosilní paliva. Jednou z nových technologií výroby pohonných hmot je Fischer-Tropschova syntéza, kterou lze za pomoci nízkoteplotní pyrolýzy vyrobit tzv. motorová paliva II. generace. Surovinou pro tuto výrobu může být pěstovaná nepotravinářská biomasa, ale i organické zbytky z domovních či komunálních odpadů, zemědělské výroby, průmyslu. Takto využít lze například i zbytky obalové techniky, pryž, plasty atd. Biopaliva II. generace mají konverzní poměr obvykle 5:1 (tzn. z 5 tun biomasy se vyrobí 1 tuna biopaliva). Motorová paliva I. generace jsou vyrobena z potravinářské nebo krmné biomasy (brambory, cukrová řepa, obilí, kukuřice,…). Biopalivo se vyrábí na úkor produkce potravin či krmiv.
Zpět na začátekNetříděný odpad se shromáždí v příjmovém zásobníku.
Na třídící lince dojde k separaci organického a anorganického odpadu. Organický odpad pokračuje do drtiče, kde dojde k jeho rozmělnění, anorganický odpad je odstraněn.
Rozmělněný substrát se ředí procesní kapalinou, čímž vzniká organická emulze vhodná k fermentaci (cca 12 % sušiny). Z této emulze se následně opět na vibračních sítech oddělí částice větší než 6 mm, zbytek pokračuje k fermentaci.
Zachycené pevné částice se suší až do 15% obsahu vody. Usušený substrát se znovu rozmělňuje a pokračuje do fermentoru. Teplo se přivádí z bioplynové stanice nebo lze k zahřátí využít již vyrobený metan.
Hlavní část celé technologie. Za vysokých teplot (350 °C), dochází k termické reakci, při které se zplyňováním a krakováním substrátu štěpí polymery na monomery a vzniká řada kapalných uhlovodíků s podobnými vlastnostmi, jako je benzin, kerosen či nafta. Tento proces se nazývá nízkomolekulární pyrolýza. Vznikají při ní i plynné uhlovodíky a tzv. pyrolýzní plyn (např. metan), který se dá dále využít např. jako palivo pro pohon generátoru.
Biopaliva takto vyrobená se nazývají motorová paliva II. generace. Jejich výroba je vysoce ekologická, přispívá kladně i k otázce odpadového hospodářství. Proto se předpokládá, že bude v budoucnu na vzestupu.
Bionafta se nejčastěji vyrábí z olejnatých rostlin, popřípadě i z živočišných tuků. Hlavní surovinou pro výrobu jsou semena řepky olejky, kafilerní tuky, popřípadě kuchyňské tuky (fritovací oleje). Olej, který se získává lisováním, se vysokou teplotou a působením katalyzátorů mění na bionaftu I. generace. Tato reakce se nazývá katalytická esterifikace a biomasa se při ní mění na metylester, mastné kyseliny, glyceridy a další minoritní sloučeniny. Protože výroba metylesterů je finančně náročná, dochází k jejich mísení s lehkými ropnými produkty, a tím vzniká tzv. bionafta II. generace (musí obsahovat aspoň 30 % metylesteru). Bionafta má trochu odlišné vlastnosti než nafta, proto její použití vyžaduje některé úpravy na spalovacích motorech. Její nevýhodou je vyšší spotřeba, nižší výkon, lepší vaznost vody (koroze) a agresivita na pryžové prvky. Pozitivem jsou lepší mazací schopnosti, rozložitelnost, bezemisní spalování.
Bioetanol vzniká biologickou fermentací cukrů. Hlavní surovinou pro jeho výrobu je fytomasa s vysokým obsahem sacharidů, např. cukrová řepa (v Brazílii třtina), brambory, ovoce, kukuřice, zelenina.
Animace 20.1 Hydrolizace škrobné látky na glukózu
Surovina obsahující škrob se nejprve hydrolizuje na glukózu.
( C6H10O5)n + H2O → n(C6H12O6)
Animace 20.2 Alkoholové kvašení glukózy na ethanol
Surovina s glukózou se alkoholovým kvašením mění na etanol.
C6H12O6 + 2CO2 → 2C2H5OH
Vzniklý etanol je oddělen destilací, následuje rafinace a dehydratace. Vedlejšími produkty jsou aldehydy, kyseliny a estery. Významným pevným vedlejším produktem jsou výpalky. Je to suchý zbytek bohatý na bílkoviny, minerály a vitamíny. Pokud není kontaminován, je výborným hnojivem.
Bioetanol se dá použít jako samostatné palivo, nebo se přimíchává do ropného benzínu (E 85 je směs obsahující 85 % etanolu a 15 % benzinu). Jeho nevýhodou je podobně jako u bionafty působení korozí a agresivita na kovové prvky, výhodou ekologický provoz, antidetonační vlastnosti, vyšší oktanové číslo pohonné směsi.
Metanol je bezbarvá, hořlavá, těkavá, toxická kapalina. V přírodě vzniká bakteriálním rozkladem organických látek. Metanol měl velký význam při větším využívání dřevoplynu, jehož je hlavní součástí. Vyráběl se suchou destilací dřeva (bukového), dnes se vyrábí průmyslově z oxidu uhelnatého. Vzniká katalytickou reakcí při vysoké teplotě a tlaku a za přítomnosti katalyzátorů.
CO + 2H2 → CH3OH
Metanol se používá jako rozpouštědlo, samostatné palivo, přísada do pohonných hmot či jako surovina k výrobě organických sloučenin.
Jedovatý plyn, vyráběný fermentací z biomasy. Používá se jako ředidlo, přísada do spalovacích motorů, brzd, parfémů, k výrobě organických sloučenin.
Rostlinné oleje se nacházejí v semenech různých olejnatých rostlin, ze kterých se získávají lisováním. U nás se nejvíce využívá řepkový a slunečnicový olej, ale ve světě je to dále olej palmový, ricinový, bavlníkový, sojový, hořčičný či sezamový. Velkým zdrojem oleje jsou i řasy (viz. kap. 17.4.4 .1). Nevýhodou rostlinných olejů je jejich velká viskozita – nedají se použít přímo, ale pouze po úpravě palivové soustavy a malá těkavost, která omezuje jejich použití pouze na dieslové motory. Jejich kladem je netoxicita a úplná rozložitelnost.