Hur man utnyttjar biobränslen

BEHOVSKAPNING Thinkstock

Biodrivmedel - ordet verkar magiskt. Det tänker på sjungande fåglar, klarblå himmel och global lycka. På något sätt kan vi förvandla växter och annat organiskt material till något för att driva våra bilar och rädda planeten på samma gång.

Men det är inte magi alls. I den här artikeln kommer vi att diskutera vad biodrivmedel är, vad de inte är och hur de utnyttjas från biomassa (det vill säga organiskt material från växter och djur). Vi kommer också att prata om löften och avvägningarna för de viktigaste typerna av biodrivmedel.

Först och främst, vad är biobränslen? Enligt US Department of Energy (DOE) är de förnybara fasta, gas- eller flytande bränslen utvecklade från växter och organiskt material som kan bearbetas till producerat bränsle för att driva våra bilar och SUV: er, värma våra bostäder eller driva maskiner. Renewable i detta avseende betyder vi att vi får resurser för att göra bränslet från något som vi enkelt kan fylla på under en ganska kort tidsperiod - som växter. Medan olja och naturgas också kommer från växter, är dessa inte förnybara eftersom det skulle ta miljoner år att uppdatera vårt utbud av dessa fossila bränslen.

Under decennier har hushållsägare möjlighet att använda fast bränsle som trä eller majspellets - men på senare tid har det blivit mer populärt sätt att hjälpa till att kompensera de vilda svängningarna i priserna på bränsleolja. För transportändamål är det överlägset de vanligaste biobränslena som används idag etanol (en form av alkohol framställd av stärkelse eller socker) och biodiesel (ett bränsle baserat på olja, fetter eller fetter).

Att spåra biobränsleproduktion är ännu inte en exakt vetenskap på grund av de många metoder som används för att producera den, men data för den totala produktionen och konsumtionen av biodiesel och etanol är tillförlitliga. Efter att ha sjunkit lite i mitten av 1990-talet är etanolproduktionen i USA på en högsta tid. Biodieselproduktionen i Förenta staterna växte upp från 2 miljoner liter 2002 till 700 miljoner liter 2008, enligt National Biodiesel Board, en amerikansk industrihandelsorganisation.

Visst kan alternativa bränslen vara mycket användbara, men hur konverterar de biomassa till något användbart?

Etanol, ibland känd som kornalkohol, tillverkas genom jäsning av växtmaterial. Traditionellt har detta inneburit jäsning av den förbrukningsbara delen av grödorna, särskilt från majs eller sockerrör.

En stor nackdel med detta är att det går in på livsmedelsförsörjningen för människor och boskap. Ny forskning fokuserar istället på att använda cellulosabiomassa, som består av icke-livsmedelsdelar av växter som majsstjälkar]. Processen innebär att växtmaterialet förvandlas till glukos, som sedan kan jäsas som något annat socker och producerar etanol. Lignin, en biprodukt av processen, bränns för att ge energi för att hjälpa till att slutföra processen.

Även om det kan användas som ett bränsle i dess rena form, kombineras biodiesel vanligtvis med bensin. Alla bensindrivna fordon kan ta lätt tillgängliga gasohol, en blandning av 90 procent bensin och 10 procent etanol. Flexbränslefordon kan också använda det som kallas E85 bränsle, en blandning av 85 procent etanol och 15 procent bensin.

Till skillnad från etanol har biodiesel bara startat i USA sedan omkring 2005. Vetenskapen bakom den är också mycket nyare och lite mer komplex. De flesta metoder för att producera biodiesel i USA börjar med sojabönolja eller begagnad vegetabilisk olja, även om andra oljor och till och med alger också kan användas.

Enligt National Sustainable Agricultural Information Service kombineras oljan med en alkohol, vanligtvis metanol eller till och med etanol. En katalysator som kaliumhydroxid eller natriumhydroxid (lut) används för att påbörja den process som kallas transesterifiering, som producerar biodieseln, med glycerol skapad som en biprodukt.

Liksom etanol kombineras biodiesel vanligtvis med petroleumbaserat bränsle, vilket möjliggör användning av alla dieselfordon. Den vanligaste blandningen kallas B20, vilket återspeglar en 20 procent biodiesel och 80 procent petroleumdieselblandning. Modifierade fordon kan använda B100, eller 100 procent biodiesel, för att driva dem längs vägen.

Etanol och biodiesel är två bränslen som får mycket härlighet, men det finns mycket mer till biobränslen. I nästa avsnitt utforskar vi några andra alternativ för biobränsle.

Tillverkning av biodiesel av begagnad vegetabilisk olja

Vill du säga adjö till bensinstationen? Gå med i den växande legionen av människor som gör biodiesel hemma från begagnad vegetabilisk olja. Du behöver metanol, en stark katalysator (lud fungerar) och massor av säkerhetsåtgärder. Leveranserna är lätt tillgängliga. Litteratur finns i överflöd om processen, så läs upp, köp dina varor, var försiktig och förbered dig på att förklara ditt bränsleoberoende.

Biodrivmedel begränsas inte till våra bilar och lastbilar. I det här avsnittet ska vi titta på några nya sätt biobränslen kommer in i våra liv.

Människor har samlats runt vedbränder sedan tidens gryning. Trä är lätt att arbeta med, lätt att bränna och enkelt att ersätta (med korrekt resurshantering, i alla fall). Det som skiljer sig idag är utvecklingen av ett brett sortiment av pellets för matning av vedeldade spisar. Dessa kaminer blir också mycket effektivare när det gäller att bränna saker. Den amerikanska energidepartementet rapporterar att en 42 000 Btu-pelletsugn kan värma ett hus på 1 300 kvadratmeter - dessa enheter till och med ger mindre föroreningar och har lägre underhållskrav. Även om träpellets tillverkad av komprimerad sågspån är de vanligaste, kan vissa kaminer också använda bränsle tillverkat av majs, pappersavfall, nötskal och till och med torkade körsbärsgropar.

En något mindre berömd teknik tar fast avfall som gödsel från boskap eller kommunalt avfall och fångar upp de gaser som släpps ut som en del av den naturliga anaeroba nedbrytningsprocessen. Detta biogas innehåller höga nivåer av metan, som kan användas som bränsle. En orientering från ideella institutet för miljö- och energistudier 2010 rapporterade att 151 anaeroba spjälkare (växter som fångar biogas från nedbrytning) var i drift i USA, som alla använde djuravfall som basmaterial.

Medan många avfallsbehandlingsanläggningar traditionellt förbränner biogas, blir det allt mer erkänt som en annan potentiell del i energipusslet när vi strävar efter att hitta en mer permanent energilösning.

Många av de tekniker som för närvarande håller på att utvecklas för att stödja implementering av biobränsle är på god väg, men kan de verkligen hjälpa miljön och ge en realistisk lösning på våra energibehov? Hur kommer det att hjälpa oss? Vi tittar på det i sista avsnittet.

Det finns en hög bar för energilösningar idag: De måste vara mer effektiva och rädda planeten. Kan biobränslen verkligen rädda dagen? Som du kan förvänta dig finns det inget enkelt svar, och i slutändan är de bara en bit i ett mycket större energipussel.

Miljövänligt bidrar inte biobränslen till koldioxiden i atmosfären eller till den globala uppvärmningen. Växter absorberar kol när de växer och släpper det när de omvandlas till energi. På samma sätt konsumerar djur växter, som de omvandlar till fetter och avfall (bland annat), så kolet från växterna frigörs igen när dessa produkter omvandlas till energi.

Kol har varit låst inne i kol och andra fossila bränslen i miljoner år, och det stannar kvar tills vi drar det ur marken för att bränna. Medan kolet i dessa bränslen en gång fyllde luften, var det inte en del av den nuvarande årliga cykeln av atmosfären.

Ur politisk synvinkel betyder användning av tillgängliga resurser i det egna landet mindre beroende av utländska resurser som råolja. Att fylla en del av behovet av denna energi med förnybara biobränslen hemma kan gå långt mot att minska den internationella spänningen.

Biodrivmedel är också fördelaktigt för ekonomin genom att den inhemska naturen av de resurser som krävs för att utnyttja dem ligger inom lokala jordbruks- och skogsregioner.

Hittills har ingen enda bränslekälla - biobränsle, fossil bränsle, vind, solenergi eller kärnkraft - kunnat ge svaret på alla våra energibehov. Men teknikförbättringar gör det snabbt lättare att utnyttja biobränslen och göra det möjligt för deras utveckling att bidra till en ljusare framtid.