NF | Projekt om bioethanol

Side 1

Naturfag – Projekt [navn fjernet]

Gedved seminarium – HF kursus 1ha

Bioethanol

1

Bioethanol

Fremtidens brændsel

Indholdsfortegnelse

Indledning .................................................................................................................................................................. 2 Problemformulering ................................................................................................................................................... 2 Problemstilling ....................................................................................................................................................... 2

1. Bioethanol fra begyndelsen .................................................................................................................................... 2

2. Hvad er Bioethanol ................................................................................................................................................. 3

2.1 Første generation ..................................................................................................................................................... 3

2.2 Anden generation ..................................................................................................................................................... 4

3 Bioethanol i produktion ........................................................................................................................................... 5 Det problem kan løses med brakmarkerne, eller kan det? ............................................................................................. 5

4 Bil på alkohol ........................................................................................................................................................... 6

4.1 Forskellen på en normal motor og Flexifuel ............................................................................................................. 6

5 Økonomi og Flexifuel ............................................................................................................................................... 7

5.1 Overkapacitet ........................................................................................................................................................... 7

5.2 Udbud og efterspørgsel ............................................................................................................................................ 7

5.3 Håb om bedring ........................................................................................................................................................ 8

5.4 Flaskehals ................................................................................................................................................................. 8

5.5 Gennemsnits Dansker ............................................................................................................................................... 8

5 Bioethanol og miljøet .............................................................................................................................................. 9

6 Konklusion ..............................................................................................................................................................10

Kilde/Litteraturliste ...................................................................................................................................................11

Side 2

Naturfag – Projekt [navn fjernet]

Gedved seminarium – HF kursus 1ha

Bioethanol

2

Indledning

Opgaven angående Alkoholer og Bioethanol blev stillet på klassen – Bioethanol var skrevet som en diskussion og den spænende måde at få stillet opgave på var interessant – Oplysningerne angående Bioethanol var få som stillet i opgaven så opgaven kan dække et bredt emne – Derfor er jeg nået frem til følgende problemformulering.

Problemformulering

Bioethanol som fremtidens brændstof, diskussionen om dette nye produkt er fremtiden, vil dette nye produkt være det som driver vores fremtid?

Problemstilling

Bioethanol bliver fremstillet hvordan og af hvem?

Første generation er forklaret hvorledes i sammenhæng med Bioethanol?

Anden generation er forklaret hvorledes i sammenhæng med Bioethanol?

Hvordan er udvindings mulighederne af Bioethanol?

Bilerne som skal kører på dette brændstof kræver de ændring af motor, hvordan ser udgifterne ud på dette område, er det værd for en gennemsnits dansker at skifte?

Miljø påvirkningen af dette produkt ændres ekstrem, hvorledes og til hvad nytte?

1. Bioethanol fra begyndelsen

Ethanol som brændstof blev brugt i starten af det forrige århundrede som brændsel til motorer. Henry Ford lavede f.eks. hans første Ethanol drevne bil, Model T – Han sagde til nationen at Ethanol var fremtidens brændsel. Selvom ingen rigtig ville høre, resten af det århundrede blev fossile brændstoffer dog også prioteret højere, både på grund af ydelsen men også effektiviteten af produktionen.

Det er først inde for de sidste par år at man er begyndt at bekymre sig om miljøet og derfor ville forbrugerne hellere have Ethanol som brændsel.

Side 3

Naturfag – Projekt [navn fjernet]

Gedved seminarium – HF kursus 1ha

Bioethanol

3

2. Hvad er Bioethanol

Der er to hoved metoder til at fremstille Bioethanol, som dels er kaldet første- og anden generation.

2.1 Første generation

Bioethanol er sprit fremstillet af sukkeret i plantematerialer. Sukkeret udvindes fra blandt andet Korn(Hvede), sukkerroer og majs. Ethanol siges at være erstatningen for de fossile brændstoffer vi kender som almindelig Benzin, og produceres ved hjælp af en metode hvor stivelsen i plantematerialet bliver omdannet ved hjælp af mikroorganismer til Ethanol, ved hjælp af en gærings proces.

Hvis man tager majs som et eksempel på en Bioethanol fremstillingsproces. Med majs er der to processor, Vådformalingsproces og Tørformalingsproces.

På grund af de mange nye Ethanol fabrikker satser man mere på Tørformalingsproces da den er billigere at etabler for proces udstyret er billigere. Under ses en tørformalingsproces(Figur1) Under processen sker der en formaling med majs hvor den formales til partikel størrelse på 1mm. Det opvarmes (65-90˚) for at få stivelsen til at komme over forklistrings temperatur (Primær Forflydning). Den varme stabile A-amylase Hydrolysere stivelsen så den bliver fortyndet og kædelængden på molekylerne afkortes. Derefter komme massen under jet kogning ved omkring 105-120˚ - Hvorefter den kunne under sekundær forflydning. Hvor der tilsættes en ny a-amylase da den gamle er blevet inaktiv.

Figur 1

Side 4

Naturfag – Projekt [navn fjernet]

Gedved seminarium – HF kursus 1ha

Bioethanol

4

Vi danskere drikker årligt 12 Liter ren alkohol pr. Indbygger over 14.

Dette svarer til Liter alkohol

Hele denne proces kræver en meget effektiv a-amylase hvis blandingen overhovedet skal kunne pumpes rundt eller koges. Efter sekundær forflydning dannes der oligosaccharider, som under forsukring og gæring nedbrydes med Glycoamylase, der bliver efter bliver omdannet til glukose. Glukosen bliver ved hjælp af gær omsat til Ethanol.

Under destillation fås der uopløselige restprodukter som kommer under centrifugering og videre til tørring som ender med at blive DDGS, et affaldsprodukt som kan anvendes som foder og har et rigt indhold af protein, energi, mineraler og vitaminer. Det resterne Inddampes og sendes tilbage til starter hvor det endnu engang kommer under opslæmning.

Der vil stadig være et lille CO
                       2

udslip men det svarer til det udslip planterne indtager ved hjælp af fotosyntese før høsten.

2.2 Anden generation

Anden generation er en mere kompliceret proces hvor der bruges fiberholdige produkter: halm, træ, papiraffald og udpressede sukkerrør.

Hvis man f.eks. tager halm som et eksempel se at, den først kommer under Hydrolyse(Figur2),

Gæring, fermentere(Tilsætning af enzymer) og til slut destillation. Før det endelige produkt nemlig Ethanol fremkommer.

Der er visse fordele ved brugen af halm som biobrændsel. DDGS bliver igen produceret som affaldsprodukt, og omdannet til foder.

CO_{2} udslippet vil stadig være der, men stort set kun under produktionen af Bioethanol.

Fordelene er jo store når vi kan bruge affald til produktion af vores brændsel.

Der er dog visse ulemper ved brugen af Anden generations metode da de fiberholdige produkter er bundet af ligocellulose. Det er også nærmere end fælles betegnelse for de vigtigste bestandele, som nemlig er: Cellulose, hemicellulose og lignin. Det er lignin som bliver problemet i denne

Figur 2

Side 5

Naturfag – Projekt [navn fjernet]

Gedved seminarium – HF kursus 1ha

Bioethanol

5 generations måde at fremstille alkohol på, da lignin er det som binder plantes Cellulose & hemicellulose.

Cellulosen og Hemicellulosen er det som skal bruges til at danne alkohol først ved hjælp af nogle enzymer som forkorter kæderne og derefter en gæringsproces som omdanner til Ethanol.

Lignin nedbrydes ved hjælp af enzymer. Der forskes i øjeblikket i hvordan man nemmere kan nedbryde lignin da det ofte kun delvist er muligt. Hvis man ser på en ko mave nedbryder den ligninen uden problemer. Dette kan gøres ved hjælp af svampe til produktion af de enzymer som skal bruges til at nedbryde ligninen.

3 Bioethanol i produktion

På verdens plan ligger USA som nummer et med produktionen af biobrændsel, I USA bruger de Majs til produktionen af Ethanol, stærkt efterfulgt af Brasilien som bruger sukkerrør til produktionen.

I Europa bruges sukkeroer, hvede og Vin til produktionen af Bioethanol. Der har været stor diskussion om det ikke er muligt at bruge affald som halm eller tørret ekskrementer. Det er muligt at bruge disse hvilket giver mindre udslip af Kuldioxid.

Problemet er at i Danmark ville landmændene få svært ved at producere halm til produktion af Ethanol da man skulle bruge marker som ikke er dyrket i forvejen. Marker som er blevet lagt på brak da EU konkluderede i 1992 at produktionen af Korn var for høj. Efter hånden er lagrene af korn svundet og på samme tid med at man vil have større produktion af korn vil man også have en stigende produktion af afgrøder til energi.

Det problem kan løses med brakmarkerne, eller kan det?

En brakmark kender vi alle, ofte et ret øde sted men ret ofte også med en del natur liv, hvilket bliver et problem hvis man skal kunne udvinde disse brakmarker.

Der er fordele ved at bruge brakmarker til produktionen af Bioethanol:

• Mange brakmarker har været i dårlig plejestand i en årrække

• Brakarealerne har været spredningsveje for, f.eks. den kæmpe bjørneklo

Ulemper ved brugen af brakmarker:

• Brakarealerne er ofte steder tæt på vandløb eller åer, hvilket ofte giver et sumpet eller ustabilt underlag. Hvor hoveddelen af brakarealerne er placeret på dårlig produktionsjord.

Side 6

Naturfag – Projekt [navn fjernet]

Gedved seminarium – HF kursus 1ha

Bioethanol

6

• Danmark har forpligtet sig ved Rio-konventionen at naturhensyn bliver forbedret drastisk, hvilket bliver særdeles sværere hvis store dele af brakmarkerne tages af brak, og genindsættes i produktionen

Forholdet til naturværdien er meget svingende, fra meget høj til meget ringe. Dette skyldes muligvis afgræsning af brakarealer som blev tilladt i 2004, og i 2006 hvor der blev lavet regler om ned slåning af arealer minimum hvert andet år.

Fremtiden med brakmarker om de skal sættes i produktion igen er uvis, på grund af de problemer det forvolder dels med produktionen er vanskelig og dels af naturhensyn.

4 Bil på alkohol

En almindelig bil i dag kører på blyfri 92, 95 som de mest kendte, men bilen kan faktisk også kører på Ethanol. Ældre biler kører på ethanol blandinger med op til 5 % ethanol. Nyere biler kører med ethanol blandinger fra 0-85%, de er dog også kaldet for Flexifuel. Dette kræver en modifikation til motoren, som koster fra 10-15.000 kr. En gør det selv løsning kan også finde sted, og koster typisk fra 4-5.000 kr.

4.1 Forskellen på en normal motor og Flexifuel

Den eneste forskel som er på en normal motor og Flexifuel er som sagt at Flexifuel kører på begge dele.

Hvis man ser på selve motoren er det eneste som skal ændres(Figur3)

Figur 3

Side 7

Naturfag – Projekt [navn fjernet]

Gedved seminarium – HF kursus 1ha

Bioethanol

7

Grundet det forhold at Ethanol er ætsende er man blevet nød til at erstatte Benzin slanger og tank, et stærkere cylinder hoved på motoren grundet forbrændingen af Ethanol. Motoren er udstyret med ECM(Engine Center Management) som styrer motorens compossion(Figur3).

5 Økonomi og Flexifuel

5.1 Overkapacitet

USA har i dag 129 bioraffinaderier, der i år 2007 producerede 28 milliarder liter ethanol. 86 nye raffinaderier er under opførelse.

Efter en hektisk udbygningsaktivitet i de senere år har denne industri i de seneste seks måneder været ramt af overkapacitet. Det har banket priserne ned da bioraffinaderierne ikke opnår høj pris. De seneste par uger er der dog set mindre stigninger i ethanol priserne, men indtjeningen hos bioraffinaderierne halter fortsat.

5.2 Udbud og efterspørgsel

Distributionen fungerer heller ikke effektivt. Og de høje majspriser gør råvarerne dyre for bioethanol producenterne. Alt dette har ført til, at udbuddet af ethanol er blevet større end efterspørgslen. Markedet er røget ud af den naturlige balance mellem udbud og efterspørgsel. De seneste års kraftige vækst i udbygningen af eksisterende anlæg og opførelse af nye ethanolfabrikker har nu sat nybyggerier mere eller mindre på stand by. Og de ethanolfabrikker i USA, der tjener mindst, vil sandsynligvis lukke.

Figur 4

Side 8

Naturfag – Projekt [navn fjernet]

Gedved seminarium – HF kursus 1ha

Bioethanol

8

5.3 Håb om bedring

»Vi vil se en afmatning i opførelsen af nye ethanolanlæg i en periode. Derefter vil tingene igen finde deres naturlige leje,« mener vicekoncernchef Larry Ward fra den familieejede ethanolkoncern Poet, der er verdens største producent af Bioethanol.

Selskabet har op mod 30 raffinaderier, hovedparten i Iowa. Poet, der i år vil producere over fire milliarder liter ethanol, tvivler ikke på sin overlevelse.

Novozymes, der leverer enzymer til produktion af ethanol på en lang række af de amerikanske fabrikker, har bl.a. et tæt samarbejde med Poet. Uden enzymer kan det ikke lade sig gøre at lave sprit, dvs. ethanol, af majs. Selv om ethanolproducenterne piver, har Novozymes nok at gøre med at følge med leveringen af enzymer.

5.4 Flaskehals

Ethanol kan ikke føres gennem rørledninger, da det får rørene til at ruste hurtigt. Mens olie føres rundt om i landet i et system af rørledninger, må bioethanol transporteres på jernbanevogne og tankvogne frem til de virksomheder, der blander ethanol og benzin til E10, E20 og E85. - dvs. benzin med 10, 20 og 85 procent ethanol iblandet.

I amerikansk ethanolindustri håber man på, at der i løbet af seks til ni måneder igen kommer højere priser, når udbuddet er tilpasset efterspørgslen.

De virksomheder, der blander bioethanol og benzin, scorer i modsætning til de økonomisk pressede ethanolfabrikker fortsat en stor gevinst. De sælger ethanolen videre benzinselskaberne. Og i takt med de stigende oliepriser, tjener ”benzinblanderne” i øvrigt mere end tidligere.

5.5 Gennemsnits Dansker

Hvis man antager at en gennemsnits dansker kører 20.000 km årligt. De bruger ca. 10 kr. pr. liter benzin og

kører omkring 15 km/l. Man kan så ledes danne en ligning som lyder så ledes:

20.000𝑘𝑚

15𝑘𝑚/𝑙

= 1333,33 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑖𝑛 å𝑟𝑙𝑖𝑔𝑡

1333,33 ∗ 10 = 13333,33 ≈ 13000 𝑘𝑟. 𝑝å 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑖𝑛 å𝑟𝑙𝑖𝑔𝑡

Inden for de næste år vil Bioethanol højst sandsynlig udkonkurrer de fossile brændstoffer. Man kan se i dag i USA er prisen på Bioethanol fladet med op til 30% bare inden for de seneste uger.

Derved opnår vi en lavere pris så derfor kan vi antage at vi måske kun bruger 8 kr. pr liter Bioethanol og

bilen på Flexifuel kører stadig 15 km/l
1333,33 ∗ 8 = 10666,64 ≈ 11000 𝑘𝑟. 𝑝å 𝑏𝑖𝑜𝑒𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙 å𝑟𝑙𝑖𝑔𝑡

Side 9

Naturfag – Projekt [navn fjernet]

Gedved seminarium – HF kursus 1ha

Bioethanol

9

Hvis man sætter dette sammen får man en besparelse på 2000 kr. årligt. Det vil så ledes tage X antal år før din modifikations omkostninger på Flexifuel bilen er tjent ind. (Højeste beløb)

𝑥 = = 7,5 å𝑟.

15000

2000

7,5 år tager det at få nedsat tjent sine udgifter ud.

5 Bioethanol og miljøet

Gennem de seneste tre årtier er der foregået en enorm udvikling i vores energisystemer. Kul har erstattet olie i el-produktionen og i dag står vindenergien for en væsentlig del af vores el-energi. Gennem de sidste år er CO2 udslippet blevet meget mindre på mange sektor da vi er begyndt at tænke mere på hvordan vores miljø har det – Dog er det et område: Transportsektoren som stadig har mere end 30% af udslippet.

Drivmidlet i transportsektoren er stadig de fossile brændstoffer, som afbrændes i forbrændingsmotorer.

Ganske vist er bilerne blevet mere effektive, hvilket har nedsat udslippet af CO2 per kørt kilometer.

Alligevel stiger den samlede CO2-udledning fra transportsektoren. I Danmark er udledningen steget med 22 procent fra 1990 til 2002 (Danmarks Statistik), og vejtrafikken står i dag for godt 23 procent af Danmarks totale CO2-udslip Årsagerne er bl.a. større motorer og stigning i det gennemsnitlige antal kørte kilometer per husstand. Resultatet er, at CO2-udledningen fra transportområdet er vokset markant gennem årene – og det sker i et tempo, som langt hen ad vejen ophæver de landvindinger, der er gjort ved at bruge nye energisystemer inden for andre sektorer. Skal vi nedbringe CO2-udledningen og dermed drivhuseffekten, så skal der findes nye og alternative energiløsninger til transportsektoren - og især inden for vejtransporten, som bidrager med den største andel af kuldioxidudslippet fra transportsektoren. Vejtransportens andel af CO2-udledningen er steget fra 89 til 93 pct. i perioden fra 1990 til 2003 (Danmarks Statistisk). Derfor er biobrændstoffer – herunder Bioethanol - en brugbar og bæredygtig løsning.

Bioethanol vil nedbringe udledningen af CO2, da denne type brændstof indgår i et naturligt og lukket kredsløb. Det vil sige, at den CO2 som dannes under forbrændingen i en bilmotorer ikke øger det samlede udslip af kuldioxid. Bioethanol udvides fra biomasse som f.eks. majs, sukkerrør, træ og halm, og denne biomasse forbruger også CO2 i sit vækstforløb. Den fossile CO2, som kommer fra benzin, diesel og naturgas er derimod en del af et ”brudt kredsløb”. De fossile brændstoffer hentes op fra jorden og ved afbrænding tilføres ny CO2 til atmosfæren, og dermed et fuldt ud nettooverskud af CO2.

Her er en undersøgelse på hvor meget CO^{2} bliver reduceret:
• Ethanol fra korn/majs: 20 til 40 procent reduktion i forhold til benzin

• Ethanol fra sukkerroer: 30 til 50 procent reduktion i forhold til benzin

• Ethanol fra sukkerrør: 50 til 90 procent reduktion i forhold til benzin

Side 10

Naturfag – Projekt [navn fjernet]

Gedved seminarium – HF kursus 1ha

Bioethanol

10

• Ethanol fra lignocellulose: 75 til 100 procent reduktion i forhold til benzin

Ser man bort fra energiforbruget ved at transportere et restprodukt som halm (hører under biomassen lignocellulose) og den energi, der bruges til bioethanolprocessen, så er bioethanol fra halm CO2-neutralt.

Der dannes Kuldioxid under processen til bioethanol men den mængde som dannes bliver også optaget af plantes fotosyntese.

Dog den mængde kuldioxid, som udsendes fra bilernes udstødning, slipper under alle omstændigheder ud i atmosfæren – uanset om halmen rådner på marken eller brændes af i kraftværker. Perspektiverne ved at bruge bioethanol fra lignocellulose er således store.

6 Konklusion

Herefter kan man konkludere så ledes at productionen af bioethanol er en besværlig proces når man bruger affaldsstoffer som papiraffald da man skal opløse lignin som holder på ”stoffets” fibre. Lignin er svært opløseligt da man stadig mangler en rigtig enzymer, som der forskes på i øjeblikket ved hjælp af svampe.

Bioethanol vil blive et problem i dagens danmark angående produktion da vi er ved at være tiltrængt med plads. Man vil tage marker af brak og bruge det til produktionen af bioethanol men dette kan ødelægge naturforhold og desuden er dyrkningen svær på disse egne da mere end halvdelen af de marker som er lagt på brak efter EU's traktat er sumpede.

Biler på Flexifuel er faktisk nemt og billige da modifikationerne er små og omkostninger er lave. Man kan derfor sige at en gennemsnits dansker sagtens kan få råd til at modificere bilen til en Flexifuel.

De amerikanske bioethanol producenter har problemer med overkapacitet som derfor ødelægger ”udbud

& efterspørgsel”. Priserne er i lave og efterspørgeselen er stor. Der er ingen tvivl om at, i den nærmeste fremtid vil bioethanol udkonkurrer de fossile brændstoffer.

Miljøet har deperat brug for at få bioethanol på banen frem for fossile brændstoffer især på transportsektoren da bare i EU udgør 30% af det totale udslip transportsektoren. Det vises også at

bioethanol kan give op til 100% mindre udslip af CO^{2}.

Ud fra det kan man bare sige…

Biobrændstoffer – Fremtidens brændsel!

Side 11

Naturfag – Projekt [navn fjernet]

Gedved seminarium – HF kursus 1ha

Bioethanol

11

Kilde/Litteraturliste
http://www.business.dk/article//transport/7/
http://www.ung-bladet.dk/alkohol/alkohol8.shtml
http://www.borger.dk
http://da.wikipedia.org/wiki/Destillation
http://www.oliebranchen.dk/Pro/Biobr%C3%A6ndstoffer/Hvad%20er%20biobr%C3%A6ndstoffer/Ethanol.

aspx

http://www.carbuyersnotebook.com
http://www.biobiler.dk/readarticle.php?article_id=13#2

Udleveret kompendium: Pas på Jakob – han er ny i trafikken