Seminarska naloga za Kemijo

Datum: Februar, 2000

Avtomobili. Eni izmed največjih onesnaževalcev okolja. Vsak dan polne ceste, cestni zastoji, dim. Večkrat se v mislih vprašam: koliko dolgo lahko še to traja? Kako dolgo lahko še izkoriščamo razkošje naših avtomobilov? Kako dolgo bo še ozon zdržal? Toda zdaj se nam je ponudila nova možnost. Obnovljivo motorno gorivo, ki je veliko bolj prijazno za okolje. To je etanol. Etanol ni novo odkritje in je poznan že veliko časa, pred kratkim pa je postal uporaben tudi kot gorivo za navadne avtomobile. Toda naftne družbe so ugotovile, da je za njih veliko bolj koristno, da etanol držijo bolj pri tleh, ker bi lahko slabo vplival na njihov dobiček. Kljub temu pa etanol na tržišču ponovno počasi oživlja, saj ga ponujajo že v več in več bencinskih družbah okoli sveta (zaenkrat samo še kot mešanico z navadnim bencinom).

Etanol je visoko oktansko gorivo, alkohol brez vode, ki ga izdelujejo z kvašenjem sladkorja ali iz predelanega škroba. Etanol je precej fizikalno in kemično različen od nafte. Vsi že verjetno veste, da ima nafta veliko stranskih učinkov. Razen toksičnosti, je nafta tudi nižje oktansko gorivo kot etanol, je bolj nevarno da eksplodira in po nesreči zagori, ter onesnažuje zrak. Čeprav je veliko negativnih pogledov na nafto, je še veliko več drugih razlogov, zakaj rajši izbrati etanol. Eden izmed njih je, da je etanol je narejen iz žitaric ali iz drugih obnovljivih poljedeljskih rastlin. Tri najbolj prevladujoči viri so koruza, pšenica in sladkorni trs odvisno do lokacije, cene in uporabnosti. Druge žitarice, sladkorna pesa, krompirjevi odpadki in sirno vodo tudi uporabljajo, a le če je dobavljivo po zmerni ceni. Toda to ni še nič v primerjavi s tem, kaj bi se še dalo narediti etanol. Sedaj raziskujejo, kako bi celulozo spremenili v etanol po sprejemljivi ceni (etanol mora biti po ceni sposoben, da tekmuje z nafto, zato je cena zelo pomembna). Če bo to doseženo, potem se bo dalo iz celuloze, trave, slame, koruzne slame, odpadnega papirja (kartona), celo iz mestnih odpadkov (smeti) izdelovati etanol. Predstavljajte si uporabljanje smeti za pogon avtomobilov. To bi bil velik dosežek, saj smeti ne uporabljamo za nič drugega razen, da z njimi zasipamo naš planet. V Braziliji je približno polovica avtomobilov sposobnih delovati samo na etanol, pri ostalih pa potrebujejo nekoliko prilagoditi motor. Sedaj se večina uporablja mešanico z bencinom, ki vsebuje 10% etanola, na katero lahko delujejo vsi avtomobili, kar pa že z zelo pripomore zmanjšanju emisij strupenih plinov v ozračje.

Etanol je čista, brezbarvna tekočina z značilnim vonjem. V razredčeni obliki ima neke vrste svež vonj, v bolj koncentrirani obliki pa bolj žgoči. Etanol, CH₃CH₂OH je alkohol in je v skupini kemičnih spojin, kjer molekule vsebujejo hidroksi, -OH skupino, vezano na ogljikov atom. Etanol se tali pri –114.1° C in zavre pri 78.5° C, njegova specifična gostota pa je 0.789g/ml pri 20° C. Ko gori je ogenj svetlo modre barve, z nič sajami in z veliko energije, kar so lastnosti idealnega goriva. Ker etanol vsebuje kisik, omogoča v motorjih bolj popolno izgorevanje goriva in s tem manjši izpuh. Zelo dobro se meša z vodo in z večino organskimi raztopinami, zato ga uporabljajo kot sestavino pri izdelovanju drugih kemikalij. Izdelujejo ga z procesom vrenja, kot ga tudi veliko drugih organizmov uporablja za pridobitev energije iz sladkorja. Pri vrenju z sladkorja nastane etanol in ogljikov dioksid.

Etanol C₂H₅OH

Koruzo najprej očistijo, ter z njo napolnijo ogromne cisterne, kjer jo zmešajo z vodo in zmeljejo v redko kašo. Med tem morajo vzdrževati pH mešanice na 7, z dodajanjem natrijevega hidroksida. Ker je škrob v koruzi sestavljen iz tisočih kompleksnih sladkornih molekul, je treba te razbiti v preproste sladkorje (dekstroza) ali monosaharide preden se vrenje sploh lahko začne. Zato dodajo encime, ki pri točno določeni kislosti in temperaturi, povzročijo to reakcijo (encimi so zapletene kemikalije, ki delujejo kot katalizatorji, tako da pride do določenih kemičnih sprememb v določenem materialu). Tedaj dodajo rastlinski kvas, ki povzroči vrenje. (Tukaj so vpleteni tudi genetiki in drugi znanstvenik, ki se trudijo da bi razvili čim boljši kvas, ki bi čim boljše pretvarjal škrob v etanol.) Iz tega nastane tako imenovana 'piva' , ki vsebuje le kakih 10% alkohola. Na vrsti je destilacija ali izhlapevanje, ki loči alkohol od vode in ostale koruze. Alkohol sedaj doseže 96%. To je etanol z 4% vode. Za pridobitev čistega, 100% etanol pa mora ta alkohol še skozi molekularno sito, ki odvzame še zadnje procente vode.

Ampak to še ni vse. Etanol ni edini uporaben proizvod, ki prihaja iz tega procesa. Večina sestavin koruznega zrnja ostane, ki jih lahko uporabijo za proizvodnjo hrane (za človeka in živali) in različnih kemikalij.

En liter etanola vsebuje približno 6500W energije, ostali stranski produkti (olje, krma,..) pa še približno 1000W. Če vse skupaj malo izračunamo ugotovimo, da je energija etanola, plus energija stranskih proizvodov, ki nastanejo pri proizvodnji enega litra etanola približno 7500W energije.

1100W je potrebnih, da pridelamo količino koruzo iz katere dobimo en liter etanola. To je približno 15% energije, ki jo dobimo iz etanola in stranskih proizvodov. Za proizvodnji proces iz koruze v etanol se porabi 3300W (44%) energije. Iz tega je razvidno, da je potrebno manj energije za proizvodnjo, kot ga en liter etanola vsebuje.

1. Zmanjšanje CO: uporaba etanola povzroči 25% do 30% zmanjšanje emisije ogljikovega monoksida z uporabo 10% mešanice z etanolom.
2. Zmanjšanje CO₂: čeprav se ogljikov dioksid sprošča ko etanol gori, se ta reciklira v organskem tkivu v rastlinah, ki rastejo; dejstvo je, da uporaba etanola zmanjšuje vsebnost ogljikovega dioksida v atmosferi za 6 do 10%
3. Obnovljiv vir: etanol se pridobiva iz obnovljivih bioloških virov, kot so žitarice, odpadni les,...
4. Zmanjšanje emisije ozona pri zemeljskih tleh: že z uporabo 10% mešanice se zmanjša količina emisije ozona pri tleh, to pomeni zmanšanje ogljikovega monoksida in ogljikovodikov (povzroča dihalne težave)

Danes, veliko držav okoli sveta testira kisikova in čista (blizu 100%) alkoholna goriva. V združenih državah (USA) so etanolne mešanice dosegle uporabo približno 12% celotnega trga. Na nekaterih področjih Amerike ugotavlajo, če bi lahko dizelska goriva zamenjali z etanolom. Neka prevozniška družba (Greater Peoria Transit) pa se je odločila, da se bo borila proti onesnaževanju zraka, z uporabo 14 avtobusov, ki tečejo na etanol.

Tukaj sem zbral le nekaj podatkov o etanolu in njegovi uporabnosti, ki jo nedvomno ne gre zanemariti. Na internetu se da dobiti na tone informacij, zato sem skušal zbrati le najpomembnejše, ki vsekakor kažejo, da bo etanol gorivo prihodnosti.

• Canadian Renewable Fuels Association http://www.greenfuels.org/ethindex.html
• American Coalition for Ethanol http://www.ethanol.org/ethanol_info.html
• Illinois corn http://www.ilcorn.org/index.htm
• Phyte Fanzine number one (članek iz te revije)

[xRado]