WYKŁAD 13

ETANOL W ŚWIECIE W ASPEKCIE KIERUNKÓW UŻYTKOWANIA< SUROWCÓW I PRODUKTÓW UBOCZNYCH.

Światowa produkcja etanolu w 2003 r. - 37,63 mld l

2004 r. - 42,24 mld l

Światowi potentaci w produkcji etanolu ; produkcja roczna w mld l:

Brazylia - 14,5

USA - 10,6

Chiny - 3,09

Indie - 1,93

Rosja - 1,17

Główni producenci etanolu w krajach UE; produkcja roczna w mld l :

Francja - 800

Wlk. Brytania - 430

Niemcy - 295

Polska - ok. 240

Struktura wykorzystania światowej produkcji etanolu w 2003 r.:

19% - cele spożywcze

11% - cele przemysłowe

70 % - biopaliwa

Biopaliwa:

Etanol odwodniony ( min. 99,5%)

Etanol 96%

Eteretylo-tert-butylowy ( ETBE) - jest ekwiwalentem dla benzyny napędowej

CH₃ CH₃

 

C₂H₅OH + CH₂ = C → C₂H₅ - O - C - CH₃

 

CH₃ CH₃

Reakcja w fazie ciekłej; temp. 60 -80^oC; katalizator - Amberlyst 35

Cele spożywcze:

• Napoje alkoholowe

• Wyroby cukiernicze

• Ocet spirytusowy

Cele przemysłowe:

• Przemysł farmaceutyczny

• Produkcja farb i lakierów

• Przemysł kosmetyków

• Syntezy organiczne

30 - 40% samochodów jeździ w Brazylii na czystym alkoholu.

ZALETY:

• Zmniejszenie emisji CO, CO₂ i SO₂

• wysoka liczba oktanowa etanolu i ETBE ( pozwala na zmniejszenie zawartości węglowodorów aromatycznych)

• stosowanie odnawialnych źródeł energii

• wspomaganie rolnictwa

WADY:

• Większe zużycie paliwa i większa emisja NO₂

• Wzrost preżności pary ( uniemożliwia dodawanie niskowiążących, niearomatycznych frakcji węglowodanowych o dużych liczbach oktanowych)

• Wiązanie wody

Perspektywy programów biopaliw : największy rozwój przewidywany w Europie

Struktura surowców stosowanych do produkcji etanolu w 2003 r.:

95 % fermentacja

5 % synteza chemiczna

36 % surowce skrobiowe ( zboża, rośliny okopowe - ziemniaki)

64 % - surowce cukrowe ( trzcina i burak cukrowy, owoce)

Surowce zawierające cukier:

• Sok z trzciny cukrowej 17 - 22%; łodyga 10 - 16%

• Melasa z trzciny cukrowej 35 - 56 %

• Melasa buraczana 39 - 57 %

• Buraki cukrowe 13 - 20 %

• Sok słodkiego sorgo 14 - 20%; łodyga 10 - 14 %

• Owoce 4 - 30 %
  

Surowce skrobiowe:

• Kukurydza 62 - 75 %

• Pszenica 60 - 71 %

• Jęczmień 52 - 65 %

• Żyto 54 - 62 %

• Sorgo 67 - 74,5 %

• Ziemniaki 14 - 19 %; np. wódka LUKSUSOWA

• Maniok ( cassava) 27 - 35 %

• Ryż 70 - 76 %

Surowiec zawierający inulinę - TOPINAMBUR; 13 - 18%

Koszt surowca stanowi 50 - 80 % kosztów produkcji etanolu.

Największą wydajność etanolu z 1 ha mamy z :

1. Buraka cukrowego

2. Trzciny cukrowej

3. Kukurydzy

Największa wydajność z 1 tony surowca:

1. Kukurydza

2. Burak cukrowy

3. Trzcina cukrowa

Koszt brutto surowca w odniesieniu do 1 litra wytworzonego etanolu ( szereg malejący):

1. Burak cukrowy

2. Kukurydza

3. Trzcina cukrowa

Stosowanie surowców LIGNOCELULOZOWYCH na skalę przemysłową rozpoczęło się dopiero w roku 2004 w Kanadzie.

Przyczyny trudności w przemysłowym wykorzystaniu surowców lignocelulozowych do produkcji etanolu:

• Złożoność procesu ( hydroliza, fermentacja heksozy, fermentacja pentoz, optymalna temperatura dla hydrolizy znacznie wyższa niż dla fermentacji)

• Struktura surowców lignocelulozowych utrudniająca dostęp

Surowce i metody stosowane w produkcji etanolu syntetycznego:

• z węgła - kiedyś

• z ropy naftowej - obecnie

Surowce stosowane do produkcji etanolu w wybranych krajach:

• St. Zjednoczone - kukurydza

• Wlk. Brytania - alkohol syntetyczny

• Europa - zboża i ziemniaki

Produkcja etanolu z kukurydzy lub pszenicy:

SUCHE MIELONE

Ziarno → Mielenie

↓

enzym → Upłynniania

↓

enzym i drożdże → Scukrzanie i fermentacja ( LF lub SSF )

↓

Destylacja

↓

Odwadnianie Suszenie

↓ ↓

Etanol suszony wywar

MOKRE MIELONE

Ziarno → zawiesina

↓

Odkiełk/defibryl → olej

↓

Separacja glutenu → mączka glutenowa

↓

Enzym → upłynnianie

↓

Enzym → scukrzanie

↓

Drożdże → fermentacja

↓

Destylacja

↓

Odwodnienie suszenie

↓ ↓

Etanol pasza

WYWAR - można odwodnić za pomocą wirowania ( oddzielenie odcieku od ciasta).

Ciasto suszymy i otrzymujemy doskonały komponent paszowy natomiast odciek można zawrócić.

Podsumowanie:

1. Światowa produkcja etanolu jest zdominowana przez Brazylię i USA - 2/3 produkcji glebowej.

2. W skali światowej etanol jest wykorzystywany przede wszystkim jako biopaliwo (w 70 % przy tendencji rosnącej).

3. Główne surowce stosowane w produkcji etanolu to sok i melasa z trzciny cukrowej oraz ziarno kukurydzy i zboża.

4. Paszowe wykorzystanie wywarów zbożowych w krajach poza Ameryką Płn. Wymaga zbudowania rynku. Brak jednoznacznych perspektyw przy zagospodarowaniu wywaru melasowego.

Prace naukowe:

• Enzymy, które są w stanie hydrolizować skrobię natywną - wyeliminowanie procesu kleikowania + jednoczesna fermentacja i scukrzanie

• Badania nad mikroorganizmami odpowiedzialnymi za fermentację alkoholową ( obecnie wykorzystywane są głównie drożdże. Poszukiwane są drożdże odporne na wysokie stężenia alkoholu i cukru oraz alternatywne mikroorganizmy rekombinowane genetycznie oraz bakterie).

---