Etanol (combustible)
El etanol és un compost químic obtingut a partir de la fermentació dels sucres que pot utilisar-se com combustible, solament, o be, mesclat en cantitats variades en gasolina, i el seu us s'ha estés principalment per a reemplaçar el consum de derivats del petròleu.
El combustible resultant de la mescla d'etanol i gasolina es coneix com gasohol o alconafta. Dos mescles comunes són E10 i E85, en continguts d'etanol del 10% i 85%, respectivament.
L'etanol també s'utilisa cada volta més com a afegitó per a oxigenar la gasolina normal, reemplaçant al éter metil ter-butílico (MTBE). Este últim és responsable d'una considerable contaminació del sol i del aigua subterrànea. També pot utilisar-se com a combustible en les celes de combustible.
Hui en dia, casi tot l'etanol produït en el món s'obté per mig de fermentació a partir de matèries primeres comestibles vegetals riques en almidó i sucres, com la dacsa, el blat, la canya de sucre o la remolacha.[1] A este bioetanol derivat de matèria comestible se li denomina "de primera generació". El bioetanol obtingut a partir de biomassa lignocelulósica és encara molt minoritari i es denomina "de segona generació".[2]
Bioetanol
[editar | editar còdic]L'etanol és un combustible que pot produir-se a partir d'un gran número de plantes, en una variació, segons el producte agrícola, del rendiment entre el combustible consumit i el generat en dit procés. Este etanol, conegut com bioetanol, està subjecte a una forta polèmica: per a uns es perfila com un recurs energètic potencialment sostenible que pot oferir ventages migambientals i econòmiques a llarc determini en contraposició als combustibles fòssils, mentres que per a uns atres és el responsable de grans deforestación i de l'aument del preu dels aliments, en suplantar selvas i terrenys agrícoles per a la seua producció,[3] dubtant ademés de la seua rendabilitat energètica.[4]
El bioetanol té les mateixes característiques i composició química que l'etanol ya que es tracta del mateix compost. La diferència radica en el seu procés de producció. El bioetanol ha de ser obtingut a partir de matèria vegetal comestible (primera generació) o biomassa lignocelulósica (segona generació), no podent obtindre's del petròleu.
Tots els licorés alcohòlics que procedixen de la fermentació del sucre d'alguna planta es poden denominar com bioetanol.
Per l'aument de les mides preses per a controlar les emissions totals de gasos en efecte hivernàcul, l'utilisació d'este alcohol com a combustible per al transport per carretera està creixent molt ràpit. Un anàlisis del cicle de vida complet d'este producte com a combustible mostra com les emissions generades en el procés de producció del combustible i les d'operació són compensades per les fixades en el cultiu durant el seu creiximent.
Encara estan pendents estudis clars sobre les emissions d'este combustible en l'operació. És possible que contaminants orgànics com el benceno o alguns aldehits aumenten, per lo que és necessari estudiar el seu impacte en la salut humana.
L'etanol s'obté fàcilment del sucre o del almidó en collites de dacsa i canya de sucre, agave entre uns atres. No obstant, els actuals métodos de producció de bio-etanol utilisen una cantitat significativa d'energia en comparació a l'energia obtinguda del combustible produït. Per esta raó, no és possible substituir enterament el consum actual de combustibles fòssils per bio-etanol.
Fermentació
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Fermentació de l'etanol.
Des de l'antiguetat s'obté l'etanol per fermentació anaeròbica de sucres en rent en solució acuosa i posterior a una breu destilació. L'aplicació principal tradicional ha segut la producció de begudes alcohòliques
Hui en dia s'utilisen varis tipos de matèries primeres per a la producció a gran escala d'etanol d'orige biològic (bioetanol):
- Substàncies en alt contingut de sacarosa
- Substàncies en alt contingut d'almidó
- Substàncies en alt contingut de celulosa
- Fusta
- Rebujos d'animal
- Residus agrícoles (incloent els residus dels cítrics[5][6]).
El procés a partir d'almidó és més complex que a partir de sacarosa, puix l'almidó deu ser hidrolizado prèviament per a convertir-ho en sucres. Per a això es mescla el vegetal triturado en aigua i en una enzima (o en el seu lloc en àcit), i es calfa la papilla obtinguda. Posteriorment es cola la massa, en un procés cridat escarificación, i s'envia als reactors de fermentació.
A partir de celulosa és encara més complex, ya que primer cal pre-tractar la matèria vegetal per a que la celulosa puga ser després atacada per les enzimas hidrolizantes. El pretratamiento pot consistir en una combinació de trituración, pirólisis i atac en àcit i atres substàncies. Açò és un dels factors que expliquen per qué els rendiments en etanol són alts per a la canya de sucre, mediocres per a la dacsa i baixos per a la fusta.
La fermentació dels sucres és portada a terme per microorganismes (rents o bactèrias) i produïx etanol, aixina com grans cantitats de CO2. Ademés produïx atres composts oxigenados indesijables com el metanol, alcoholés superiors, àcits i aldehits. Típicament la fermentació requerix unes 48 hores.
En l'actualitat tres països han desenrollat programes significatius per a la fabricació de bioetanol com a combustible: Estats Units (a partir de dacsa), Brasil i Colòmbia (abdós a partir de canya de sucre). L'etanol es pot produir a partir d'atres tipos de cultius, com remolachas, sorgo, dacseta perenne, ordi, cànem, kenaf, creïllas, mandioca i girasol. També pot extraure's de múltiples tipos de celulosa "no útil". Esta producció a gran escala d'alcohol agrícola per a utilisar-ho com a combustible requerix importants cantitats de terra cultivable en aigua i sols fèrtils.
Es poden obtindre cantitats més reduïdes d'alcohol combustible dels talles, d'elements reciclats, de la palla, de les mazorcas de dacsa, i de productes sobrers de les granges que ara s'utilisen per a fer penss, fertilisants, o que s'utilisen com a combustibles de plantes d'energia elèctrica. De fet, EE. UU. podria conseguir tot l'etanol que necessita usant una mescla de, per eixemple, els tallos (part no aprofitada) de la dacsa i de la planta de dacsa, sense roturar més terres de labrantíocita requerida (no obstant, caldria cultivar més terra per a substituir eixe material, usat per molts grangers com a font barata, confiable i neta de pensos o fertilisants).
Purificació
[editar | editar còdic]El método més antic per a separar l'etanol de l'aigua és la destilació simple, pero la purea està llimitada a un 95-96% per la formació d'un azeótropo d'aigua-etanol de baix punt d'ebullició. En el transcurs de la destilació cal rebujar la primera fracció que conté principalment metanol, format en reaccions secundàries, est és l'únic método admés per a obtindre etanol per al consum humà.
Per a poder utilisar l'etanol com a combustible mesclant-ho en gasolina, cal eliminar l'aigua fins a alcançar una purea del 99,5 al 99,9%.cita requerida El valor exacte depén de la temperatura, que determina quàn ocorre la separació entre les fases aigua i hidrocarburs.
Per a obtindre etanol lliure d'aigua s'aplica la destilació azeotrópica en una mescla en benceno o ciclohexano. D'estes mescles es destila a temperatures més baixes l'azeótropo, format pel dissolvent auxiliar en l'aigua, mentres que l'etanol es queda retingut. Un atre método de purificació molt utilisat actualment és l'adsorció física per mig de tamisos moleculars.
A escala de laboratori, també es poden utilisar dessecants com el magnesi, que reacciona en l'aigua formant hidrogen i òxit de magnesi.
Síntesis química
[editar | editar còdic]L'etanol per a us industrial se sol sintetisar per mig d'hidratació catalítica del etileno en àcit sulfúric com catalisador. El etileno sol provindre del etano (un component del gas natural) o de nafta (un derivat del petròleu). Despuix de la síntesis s'obté una mescla d'etanol i aigua que posteriorment cal purificar per mig d'algun dels processos descrits més dalt.
Segons algunes fonts, este procés és més barat que la fermentació tradicional, pero en l'actualitat representa solament un 5% de la capacitat mundial de producció d'etanol.
Mescles combustibles en etanol
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Gasohol.
Generalment, quant major és el contingut d'etanol en una mescla de gasohol, més baixa és la seua conveniència per als motors corrents d'automòvil. L'etanol pur reacciona o es dissol en certs materials de goma i plàstics i no deu utilisar-se en motors sense modificar. Ademés, l'etanol pur té un octanaje molt més alt (116 AKI, 129 RON) que la gasolina comuna (86/87 AKI, 91/92 RON), requerint per tant canviar el cocient de compressió o la sincronisació de la purna per a obtindre el rendiment màxim. Canviar un coche que utilise gasolina pura com a combustible a un coche que utilise etanol pur com a combustible, necessita carburadorés i cabals més grans (un aument d'àrea de prop del 30-40%). El metanol requerix un aument uniforme més gran d'àrea, aproximadament 50% més gran.
Els motors d'etanol també necessiten un sistema d'arrancada en fret per a assegurar la suficient vaporisació en temperatures per baix de 15 °C a 11 °C per a maximizar la combustió, evitar problemes d'arrancada en el motor fret i per a reduir al mínim la no combustió d'etanol no vaporizado. No obstant, una mescla de gasolina en un 10 a un 30% d'etanol, no necessita en general cap modificació del motor.cita requerida La majoria de coches moderns poden funcionar en estes mescles sense cap problema.
El gasohol E10, la variant més comuna, s'ha introduït per tota Dinamarca. En 1989, Brasil va produir 12 mil millons litros d'etanol per a combustible a partir de la canya de sucre, que va ser utilisat per a moure 9.2 millons de coches. També sol estar disponible en el mig-Oest d'Estats Units, i és l'únic tipo de gasolina que pot ser venuda en l'estat de Minnesota. Les mescles similars inclouen el E5 i el E7. Estes concentracions són generalment segures per als últims motors d'automòvil, sense modificar, per lo que algunes regions i municipis assignen per mandat els llímits en la cantitat d'etanol en els combustibles venuts. Una unitat per a medir la cantitat de combustibles alternatius en EE. UU. és el “galó equivalent de gasolina” (GEG). En Espanya se solen utilisar les tonellades equivalents de petròleu (Tep). En 2002, EE. UU. va utilisar com a combustible una cantitat d'etanol igual a 137 petajulios (PJ); l'energia de 1130 millons de galons de EE. UU. o l'equivalent a 4.280.000 m³ de gasolina, lo que representa menys del 1% del total de combustible usat eixe any.
El terme E85 s'utilisa per a la mescla d'un 15% de gasolina (per volum) i d'un 85% d'etanol. Esta mescla té un octanaje de prop del 105. La qual cosa és sensiblement més baix que l'etanol pur, pero molt major que el de la gasolina normal. L'adició d'una menuda cantitat de gasolina ajuda a un motor convencional a arrancar en estar el motor (i el combustible) fret. El E85 no conté sempre exactament un 85% d'etanol. En hivern, especialment en climes més frets, a on les temperatures apleguen a baixar d'11°C, s'agrega una major proporció de gasolina en la finalitat de facilitar l'arrancada en fret,[8] sent substituït el E85 per E70 en Estats Units[9][10] i E75 en Suècia.[11][12] Normalment el E85 ha tingut un cost similar a la gasolina, pero en les grans pujades del preu del petròleu de 2005 ha aplegat a ser comú vore E85 venut fins a per 0,18USD menys per litro que la gasolina, fent-ho altament atractiu al menut pero creixent número d'usuaris en coches capaços de cremar-ho.
Des de que va aparéixer el model de 1999, va en aument el número de vehículs en el món que es fabriquen en motors capaços de funcionar en qualsevol gasolina a partir de l'etanol: des de zero fins a 85% d'etanol sense modificació. Molts coches comercials llaugers (una classe que conté monovolúmenes, tot-terrenys i furgonetas) es dissenyen com a vehículs flexibles per a utilisar vàries combinacions de combustible, puix poden detectar automàticament el tipo de combustible i canviar el comportament del motor, principalment la sincronisació de l'ignició i la relació de compressió per a compensar els diversos octanajes del combustible en els cilindres del motor.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ «Alternative Fuels Data Center: Ethanol Feedstocks». afdc.energy.gov. Consultat el 2021-03-12.
- ↑ Universitat Pablo de Olavide.Consultat el 2021-03-12.
- ↑ Monbiot, George (2008). Calor. Cóm parar el calfament global, Barcelona: RBA llibres. ISBN 978-84-9867-053-0.
- ↑ Giampietro, M. and Mayumi, K. 2009 The Biofuel Delusion: The fallacy of large scale agro-biofuels production. Earthscan Research Edition, London.
- ↑ «a-reconvertir-els-residus-citricolas-iniciativa-basada Valéncia contarà en la primera planta del món per a reconvertir els residus citrícolas, iniciativa basada en les investigacions dels professors de l'Universitat Politéc...». Archivat des d'el a-reconvertir-els-residus-citricolas-iniciativa-basada original, el 5 de febrer de 2009. Consultat el 2009.
- ↑ «Valéncia albergarà la primera planta del món que farà combustible en cítrics». Archivat des d'el original, el 11 de març de 2009. Consultat el 2009.
- ↑ https://web.archive.org/web/20110828092136/http://www.greenfleet.info/ Cortesia "Sustainable Green Fleets"
- ↑ «Sustainable biofuels: prospects and challenges». The Royal Society. Policy Document 01/08, Figura 4.3
- ↑ Ethanol Promotion and Information Council. «When is E85 not 85 percent ethanol? When it’s E70 with an E85 sticker on it» (en inglés). AutoblogGreen. Consultat el 19 d'agost de 2008.
- ↑ «Ethanol fuel and cars» (en inglés). Interesting Energy Facts. Consultat el 23 de setembre de 2008.
- ↑ Vägverket (Swedish Road Administration). «Swedish comments on Euro 5/6 comitology version 4, 30 May 2007: Cold Temperature Tests For Flex Fuel Vehicles» (en inglés). European Commission. Archivat des d'el original, el 3 d'octubre de 2008. Consultat el 23 de setembre de 2008.
- ↑ «FAQs: Do ethanol cars really start when it is cold outside?» (en inglés). SEKAB. Archivat des d'el original, el 16 de juliol de 2011. Consultat el 14 d'octubre de 2008.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Etanol (combustible)» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.