[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
Kemiprojekt om bioethanol
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
Indholdsfortegnelse
Indledning s. 3
Problemformulering s. 3
Delspørgsmål s. 3
Sukkerstoffer s. 4
- Stivelse og cellulose s. 6
Gæringsproces s. 9
Forsøg med carbohydrider s. 9
Alkoholer s.12
Bioethanol s.14
1.- og 2. generationsanlæg
- Fremstilling af bioethanol s. 15
- Anvendelse af bioethanol i biler s.16
Konklusion s.17
Litteraturliste s.18
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
Indledning
Verden i dag med dens teknologi og store befolkning kræver mere energi end nogensinde
før. Indtil nu har vi benyttet os af fossile brændstoffer (f.eks. olie), men disse ressourcer er
ved at slippe op. Bioethanol, har forskningen fundet ud af, er en af fremtidens nye store
energikilder. Denne opgave vil omhandle bioethanol kemisk set, altså dets opbygning,
fremstilling, fordele og ulemper.
I behandlingen af emnet kan der ikke kommes udenom sukkerstoffer, gæringsproces og
alkoholer, idet bioethanol er en alkohol fremstillet ved gæringsproces, og en
gæringsproces kræver sukkerstoffer for at forløbe. Derfor vil disse emner blive behandlet
grundigt for at give et indblik i kemien bag produktionen af bioethanol på et helt
grundlæggende plan, før selve beskrivelsen af bioethanol kommer på banen.
Afsluttende vil denne opgave indeholde et afsnit om 1.- og 2.generationsanlæg for at give
et specifikt billede af, hvordan bioethanol masseproduceres, og hvilke problemstillinger der
er i forbindelse med produktionen.
Problemformulering
Vi vil i denne opgave redegøre for, hvad bioethanol er og hvordan det produceres.
Herunder kommer vi ind på saccharider, gæringsprocessen og 1. og 2. generationsanlæg,
og hvad forskellen er på disse to. Herunder vurderer vi også, hvad fordele og ulemper er
ved begge former for anlæg. I forlængelse af kapitlet om saccharider og
gæringsprocessen vil vi lave et forsøg med forskellige kulhydrater i alkoholgæring.
Delspørgsmål
- Hvilke slags sukkerstoffer er der?
- Hvordan ser de ud rent kemisk?
- Hvilke sukkerstoffer er egnede til fremstilling af bioethanol og hvorfor?
- Hvilke komponenter/stoffer indgår i gæringsprocessen?
- Under hvilke forhold forløber den bedst?
- Hvilke alkoholer er der, og hvordan ser de ud rent kemisk?
- Hvad er forskellen på 1.- og 2.generationsanlæg?
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
Sukkerstoffer
Sukkerstoffer spiller en meget vigtig rolle i bioethanols gæringsproces, lettere sagt kan
gæringsprocessen slet ikke forløbe uden sukkerstoffer, som udover gærceller er en
forudsætning for at gæringsprocessen kan finde sted. Derfor er det helt basalt at have
kendskab til de forskellige sukkerstoffer og deres opbygning før man kan sætte sig ind i
bioethanols gæringsproces.
Kulhydrater er en fælles betegnelse for alle sukkerstoffer, stivelse og cellulose.
Kulhydrater kaldes også saccharider, og druesukker (glukose) med formlen C
6
H
12
O
6
, som
planterne producerer gennem fotosyntese (6CO
2
+ 6H
2
O → C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
),
er det
grundlæggende saccharid/sukkerstof, fordi det netop dannes ved fotosyntese og dermed
er et af de meste udbredte saccharid i naturen. Alle grønne planter kan producere glukose,
idet de alle sammen er i stand til vha. det grønne farvestof, klorofyl, at udnytte energien fra
solen til at lave fotosyntese. Den producerede glukose fungerer som et næringsstof for
planterne og indgår direkte i planternes stofskifte eller oplagres til senere brug.
Oplagringen sker ved at flere glukosemolekyler sættes sammen og danner kæder. Selve
glukosen er et monosaccharid, sammen med fruktose og flere andre. Disse saccharider er
isomere og har alle formlen C
6
H
12
0
6
,
men de har forskellige strukturformler, fordi
atomernes placering er forskellig hos de forskellige monosaccharider. F.eks. ser
strukturformlerne for glukose og fruktose således ud:
For glukosemolekylet er der tale om en seksleddet ring indeholdende fem carbonatomer
og et oxygenatom, mens fruktose er opbygget af en femleddet ring indeholdende fire
carbonatomer og et oxygenatom. Det skal siges, at glukosemolekylet kan være opbygget
på flere forskellige måder.
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
Som sagt kan monosacchariderne sættes sammen og danne andre former for saccharider
som hedder noget forskelligt afhængig af hvor mange monosaccharider, der er sat
sammen. Således er der disaccharider, hvor det af navnet fremgår, at det er to
monosaccharider, der er sat sammen. Sådan kan vi fortsætte med trisaccharider osv. Men
for nemheds skyld kaldes alle sammensatte monosaccharider større end disaccharider for
polysaccharider. Der er en stor variation af polysaccharider, idet alle planter har deres
unikke måde at oplagre glukosen på og dermed forskellige måder at sammensætte
monosacchariderne på. Sammensatte monosaccharider kan være kæder med op til
tusinde eller flere glukosemolekyler, disse kan enten være med forgreninger eller uden.
Nedenunder er eksempler på disaccharider
Her er det to glukosemolekyler der er bundet sammen
under fraspaltning af et vandmolekyle. Når to
glukosemolekyler sættes sammen, som vi har det her,
dannes der et disaccharid ved navn maltose eller
maltsukker. At sætte to eller flere molekyler sammen
kaldes polymerisering, og en binding mellem to
monosaccharider kaldes en glykosidbinding. En glykosidbinding kan også være mellem to
forskellige monosaccharider ligesom vist nedenunder:
Her ses en binding mellem glukose og
fruktose igen under fraspaltning af et
vandmolekyle. Det disaccharid, der bliver
dannet hedder saccharose. Saccharose
findes i planter, hvor det fungere som en
slags transportsukkerstof og forsyner de dele af planten hvor der ikke foregår fotosyntese.
Sukkerroer og sukkerrør er eksempler på planter, som oplagrer saccharose i større
mængder. Sukkerroer indeholder mellem 15 og 18 % saccharose og sukkerrør indeholder
ca. 11 % saccharose hvilke forklar hvorfor der udvindes sukker fra disse to.
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
Stivelse og Cellulose:
Stivelse og Cellulose er saccharider dannet ved polymerisering af glukose. Forskellen er,
at mens cellulose består af lange kæder af glukosemolekyler/enheder, er stivelse en kæde
med grene sådan at det danner en spiral. Nedenunder er billeder af stivelse og glukose,
hvor forskellene bliver tydeligere.
Stivelse er et meget kendt saccharid indenfor kosten og findes i planterne. Alle ved f.eks.
at der er meget stivelse i majs, korn og kartofler.
Stivelse bestå af α 1,4 bindinger og har forgreninger.
Cellevæggene i planter som f.eks. græs, træer, bomuld, papyrus og halm består mest af
cellulose. Papir er næsten ren cellulose.
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
Cellulose er et af de mest almindeligt forekommende organiske stof i naturen. Bindingerne
i glukoseenhederne i cellulose adskiller sig fra dem i stivelse idet, de er β 1,4 bindinger,
altså mellem kulstof nr. 1 i det ene molekyle og kulstof nr. 4 i det andet molekyle. Disse
bindinger hæfter cellulose sammen i lange lineære og uforgrenede kædemolekyler, som
planterne bruger som afstivning i deres skelet.
Udover Cellulose er der hemicellulose og lignin, som også udgør vigtige byggesten i
planter. Hemicellulose og lignin findes også i planternes cellevæg. De tre er forbundet med
hinanden i et komplekst molekylært netværk der kaldes lignocellulose. Hemicellulose
adskiller sig fra cellulose ved at dens fysiske styrke er lav. Lignin er en klasse af store og
uhyre komplekse makromolekyler bestående af polymerer af forskellige aromatiske
enheder, som giver den mekanisk styrke til cellevæggen og hele planten. Cellulose og
hemicellulose er indlejret i hinanden og
lignin virker som et beskyttende lag for
cellulosen og hemicellulosen. Dvs. at
hemicellulose sammenkitter cellulosen,
og lignin sammenkitter de to og styrker i enden hele plantens struktur. En træstamme er et
udmærket eksempel på hvor komplekse og stærke disse bindinger kan være. Nedenunder
er eksempler på, hvordan lignin og hemicellulosen kan se ud. Det ser nemlig forskelligt ud
afhængig af hvilken plante der er tale om. Her ses det, at lignin kan bestå af alkoholerne p-
coumarylalkohol, coniferylalkohol og sinapylalkohol (oven ever fra venstre).
Et udsnit af lignin kan se således ud men det
varierer fra plante til plante.
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
Hemicellulose består ligesom
cellulose og stivelse af
monosaccharider som
glukose, galaktose, manose
osv. Bemærk, at dette kun er
et eksempel
Planterne indeholder altså alle
disse former for saccharider i forskellige mængder afhængig af deres behov, og det er
meget vigtig viden at gå ud fra, idet ikke alle afgrøder har samme mængde saccharider i
sig. Når man skal producere bioethanol er det f.eks. vigtigt at have kendskab til, hvordan
polysacchariderne er opbygget for at være i stand til at finde de passende metoder til at
nedbryde dem til glukose - især lignin som man skal ødelægge for at komme til cellulosen.
Kilder: ”Aurum”, kap. 9
”Nye kemiske horisonter” kap. ”Biobrændsel – et varmt alternativ”
www.bio.auc.dk/download/KSN/K4/Biokemi/opgaver2007/BIO8%20Kulhydrate
r.pdf www.dspace.ruc.dk/bitstream/1800/2139/1/Rapporten.pdf
www.hyldehuset.dk/S_s_s_ny_pdf
www.infolink2003.elbo.dk/Naturvidenskab/dokumenter/doc/8007.pdf
www.kirsten.l.pedersen.person.emu.dk/nt/stivelse.htm
http://www.life.ku.dk/forskning/online_artikler/artikler/marken_en_stor_solfang
er.aspx?lg=print
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
Gæringsprocessen
En gæringsproces er en kemisk proces, hvor organisk materiale nedbrydes til andet
organisk materiale, uorganisk materiale eller en blanding af de to. En gæringsproces
forløber anaerobt, dvs. uden tilstedeværelsen af O
2
. Gæringsprocessen forløber pga.
gærsvampe og deres enzymer, som kan findes mange steder og både kan leve med og
uden ilt. De har, som alle andre levende organismer, brug for energi, og ved
gæringsprocessen bliver der bl.a. dannet ATP:
C
6
H
12
O
6
+ 2 ADP + 2 P
u
2 C
2
H
5
OH + 2 CO
2
+ 2 ATP
Ovenstående kaldes en bruttoreaktion, da gæringsprocessen i virkeligheden består af flere
forskellige trin, der sker ved tilstedeværelsen af flere forskellige enzymer. Når den har
løbet til ende, ser start- og slutresultatet ud som her ovenfor.
Ved fremstilling af bioethanol er dette den essentielle reaktion, idet et af slutprodukteterne
netop er ethanol. Der kan være behov for at nedbryde lange kæder af stivelse som
forarbejde, inden gæringsprocessen kan forløbe. Gærceller har nemlig ikke selv de
enzymer, der skal til for at nedbryde polysaccharider til monosaccharider.
Hvordan polysacchariderne forarbejdes kommer vi ind på i afsnittet om 1.- og
2.generationsanlæg.
Kilder: http://da.wikipedia.org/wiki/G%C3%A6ring
http://www.wolsing.dk/biologi/opslag/m/mz1lkesyrebakterie.html
http://da.wikipedia.org/wiki/G%C3%A6r
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
Forsøg med carbohydrider
Formål:
At undersøge forskellige carbohydraters egnethed som næringsstof for bagegær.
Materialer:
- 5 250 ml glasflasker
- 5 Gummipropper
- 5 Engangskanyle
- 5 g. alm. bagegær
- Forskellige slags carbohydrater (glukose, fruktose, saccharose og stivelse)
Fremgangsmåde:
Først nummereres flaskerne fra 1-5.
Der fremstilles 200 ml 2 % opløsning af samtlige carbohydrater. Der udrøres 1 g. gær i
hver opløsning og blandingen hældes på hver sin flaske. I kontrolflasken hældes 200 ml
vand hvori der er udrørt 1 g. gær.
Ved fremstillingen af stivelsesopløsningen skal man bruge kogende vand, og derfor skal
det køles af før gæren tilsættes.
Flaskerne forsynes med prop og kanyle – kanylen må ikke stikkes så langt ned, at den når
væsken. Til sidst vejes alle flaskerne og tallene indføres i et resultatskema.
Efter vejningen anbringes flaskerne i et varmeskab på 30 ºC, hvilket giver god
gæringsaktivitet.
Mindst et døgn senere vejes alle flasker igen, og tallene føres ind i resultatskemaet.
Resultater:
Flaske nr.
1
2
3
4
5
Carbohydrat
Ingen
Glukose
Fruktose
Saccharose
Stivelse
Startmasse
369,36 g
384,67 g
384,70 g
407,90 g
364,36 g
Slutmasse
369,43 g
383,85 g
384,03 g
407,06 g
364,37 g
Vægttab
0,07 g
-0,82 g
-0,67 g
-0,84 g
0,01 g
Diskussion:
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
1) Alkoholgæringens bruttoreaktionsligning:
C
6
H
12
O
6
→ 2C
2
H
5
OH + 2CO
2
Der kommer et vægttab ved gæringsprocessen, fordi det CO
2
, der bliver dannet er på
gasform, og det siver op gennem kanylen.
2) Massefylde for CO
2
: 1,8 g/L
Massefylde for atmosfærisk luft: 1,29 g/L
Miljøet i flaskerne regnes for anaerobt, fordi CO
2
er den tungeste gas i glasflaskerne. Da
massefylden for atmosfærisk luft er mindre end massefylden for CO
2
, bliver den
atmosfæriske luft ”skubbet” ud gennem kanylen.
3) Kontrolflasken er der for at vise at der er en usikkerhed. I dette tilfælde er usikkerheden
0,07 g. Så hvis der er et vægttab på under 0,07 g, regnes der for intet vægttab.
Diskussion af resultaterne:
- Glukose: Det er et monosaccharid, derfor kan gæringsprocessen forløbe*.
- Fruktose: Det er et monosaccharid, derfor kan gæringsprocessen forløbe*.
- Saccharose: Det er et disaccharid. Gærcellerne har selv de enzymer der kan spalte
saccharose*.
- Stivelse: Gæren kan ikke udnytte stivelsen, fordi gæren ikke har de enzymer der
skal til for at spalte stivelsen.
* At gæringsprocessen er forløbet kan netop ses på vægttabet, se afsnittet med resultater.
4) De kemiske formler for de anvendte carbohydrater angives:
- Glukose: C
6
H
12
O
6
- Fruktose: C
6
H
12
O
6
- Saccharose: C
12
H
22
O
11
- Stivelse: Er sat sammen af et varierende antal glukoseringe, og derfor er der ikke nogen
bestemt kemisk formel for det.
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
5) På grundlag af vægttabet i flasken med glukose beregnes hvor mange gram af den
oprindelige tilsatte mængde, der er omsat af gærcellerne:
C
6
H
12
O
6
→ 2 C
2
H
5
OH + 2 CO
2
M 180 g/mol 44 g/mol
m 1,68 g 0,82 g
n 0,00931 mol 0,0186 mol
Ud fra dette kan det ses, at under halvdelen af glukosen er blevet brugt og altså blevet
omdannet til CO
2
.
Fejlkilder:
Den eneste fejlkilde der var ved forsøget, var at vægten var lidt upræcis.
Konklusion:
Vi kan se, at der har været et vægttab, som betyder at gæringsprocessen har fundet sted.
Alkoholer
Hele formålet med gæringsprocesen er at producere alkohol, idet man ved
gæringsprocesen omdanner sukker(monosaccharider) til alkohol og kulddioxid. Intil videre
har vi såddan set al viden der skal til, for at kunne forstå hvad alkohol er og dermed også
hvad bioethanol, som også er en alkohol, er. Vi har gjort rede for hvad sukkestoffer er og
hvilke er egnet til gæringsprocessen. Vi har også gjort rede for gæringsprocessen og lavet
forsøge hvor vi undersøgte, hvilke sukkerstoffer, er bedst egnet til gæringsprocessen. Nu
er vi kommet til endnu et vigtig punkt, nemlig alkoholer. Der findes mange alkoholer og
kemien bag alkoholer er meget indviklet og meget omfattende. Derfor gøre vi det nemere
for os selv og læseren ved at hold os så meget som muligt inden for vores emne, nemlig
ethanol.
Alkoholer er en gruppe kemiske stoffer som kendtegnes ved, at de indeholder OH-
grupper(hydroxylgrupper) der er kovalent bundet til C-atomer. Kovalente bindinger er
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
bindinger hvor atomer deler et eller flere elektron par. De simpleste og mest anvendt
alkoholer er ethanol og methanol. Alkoholer kan være ud over at være afledte af
sukkerstoffer ved gæringsprocessen også være afledte af alkaner. Det kender man godt
fra f.eks. almindelig ethanol, som er afledt af alkanen ethan men hvor et H er blevet
udskiftet med en OH-gruppe eller methanol for den sags skyld, som er afledt af methan.
Lettere sagt kan alkoholer fremstilles fra kemiske reaktioner hvor Hydrogen, Carbon og
oxygen indgår men der skal også de rigtige forholde til. alkohols fremstilling ved
gæreprocessen er faktisk muligt, fordi sukkerstoffer ligepræcis indeholder de tre atomer.
F.eks. kan Methanol også fremstilles ved følgende reaktion: CO(g) + 2 H
2
O (g)→ CH
3
OH
(g), altså udefra dihydrogen og carbonmonoxid. I gamle dage blev methanol udvundet fra
træ og derfor bliver den kaldt træsprit. Da strukturen på alkoholer ligner meget den af
alkaner, blot med en OH-gruppe, navngives de også efter dette. Som sagt er ethanol
afledt af ethan og methanol afledt af methan så det er bare endelsen -ol, som man sætter
på for at kendetegne dem som alkoholer. OH-grupper kaldes nemlig også ol-grupper. Man
tilsætter også tal mellem alkanerens navn og endelsen-ol, for at fortælle hvor OH-gruppen
er placeret på kæden hvis det er nødvendigt.
Man inddeler alkoholer i tre kategorier alt efter hvor OH-gruppen sidder på carbonkæden.
Den første kategori hedder primær alkoholer, hvor OH- gruppen sidder for enden af
carbonkædet. Den anden kategori hedder sekundær alkoholer, hvor OH-gruppen sidder
på et uforgrenet carbonatom et sted inde i kæden, altså et sted mellem de to yderste
carbonatom. Den tredje kategori er tertiær kategorien, hvor OH-gruppen sidder på et
carbonatom hvor til der er en forgrening. Ethanol er i kategorien af primær alkoholer, fordi
den har formlen;
hvor OH-gruppen sidder for enden. Ethanol, methanol og andre
homologe og simple alkoholer indeholder kun en hydroxylgruppe.
Hydroxylgruppen giver alkoholerne meget af deres kemiske egnskaber, idet den gøre hele
molekylet polær. Derfor kan ethanol, methanol og propanol anvendes som
opløsningsmidler, fordi de kan lave hydrogen bindinger med andre molekyler
indeholdende en OH-gruppe. Desuden gøre polærtiteten dem meget opløselig i vand.
Butanol er ikke lige så opløselig i vand, fordi opløseligheden bliver værre jo flere
carbonkæder der er. Dvs at ethanol er let opløselig i vand. Selvom methanol og ethanol
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
ligner hinanden, er de meget forskellige. Methanol kan F.eks ikke indtages, idet den
medfører blindhed, så den foretrækkes over for ethanol som opløsningsmiddel, dog
bruges den også ligesom ethanol som brændstof inden for bl.a. Speedway og formel1.
Ethanol foretrækkes hovedsageligt som brændstof, og indtil for et par år siden blev bil
ethanol kun produceret hovedsærligt udefra carbonhydridet ethan, mens den ethanol man
drikker og bruger i husholdning hovedsærligt blev produceret ved gæringsprocessen. I
dag er man ved at finde nye metoder for at producer bil ethanol. Først og fremmest fordi
forsile brændstofferne er ved at slippe op og fordi man vil undgå CO
2
udslippet til
atmosfæren og her kommer bioethanol ind i sagen.
Kilder: Isis kemi B kapitel 6-7
http://martinjohansen.dk/dokumenter/kemi/alkoholer.pdf
http://en.wikipedia.org/wiki/Alcohol
http://en.wikipedia.org/wiki/Ethanol
Bioethanol
Bioethanol er ethanol, CH
3
CH
2
OH, som er fremstillet af biomateriale. Det er den største
alternative energikilde til, når jordens sidste oliereserver bliver opbrugt. Bioethanol bliver
fremstillet ved gæring af sukkerstoffer, som næsten alle planter indeholder. Indenfor
fremstilling af bioethanol tales der oftest om 1. og 2. generationsanlæg, men det vil vi
komme nærmere ind på senere.
Brugen af ethanol som brændstof til biler er kendt helt tilbage fra starten af 1900-tallet.
Fords model ”T” var lavet, så den kunne køre på en blanding af alkohol og benzin. Ford
brugte endda biomateriale til fremstilling af ethanol, så derfor kan man sige, at det var det
første forsøg på at bruge bioethanol som brændsel. Det blev dog udkonkurreret af de
fossile brændstoffer.
I dag er Danmark et af de førende lande inden for forskning i fremstilling af bioethanol. Vi
er især nået langt i forskningen om 2. generationsanlæg.
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
Udover at bioethanol er en alternativ kilde til brændsel, så er det også meget mere
miljøvenligt end benzin og diesel. Brugen af bioethanol kan nedsætte CO
2
niveauet
kraftigt. Her er nogle mulige CO
2
reduktioner:
Bioethanol fra korn/majs (1. generation): 20-40 % reduktion i forhold til benzin
Bioethanol fra sukkerroer (1. generation): 30-50 % reduktion i forhold til benzin
Bioethanol fra lignocellulose (2. generation): 75-100 % reduktion i forhold til benzin
Så jo mere bioethanol jo mindre CO
2
.
Oveni kan bioethanol sagtens konkurrere med benzin, fordi der er ved at blive udviklet
anlæg til fremstilling af bioethanol, hvor det ikke koster særlig meget. Derudover slipper
bioethanol for CO
2
-afgifter.
(www.biogasol.dk) (Nye kemiske horisonter, kap. ”Biobrændsel – et varmt alternativ”)
1.- og 2. generationsanlæg
Fremstilling af bioethanol
Når man snakker om fremstilling af bioethanol, er det oftest om 1. og 2. generationsanlæg.
Kort fortalt er 1. generationsanlæg når man bruger f.eks. majs, korn, sukkerrør og kartofler
til fremstilling af bioethanol. 2. generationsanlæg er derimod når man f.eks. bruger halm,
træ og papiraffald. Der har været stor debat om hvilket anlæg, som er det bedste, men det
kommer vi ind på senere. Nu vil vi uddybe anlæggene yderligere.
I 1. generationsanlæg produceres bioethanol af sukkerholdige afgrøder, men der bliver
også brugt stivelseholdige. Det kan som sagt f.eks. være sukkerroer, majs, sukkerrør og
korn. Afgrøderne bliver kogt og hakket så plantefibrene nemmere bliver nedbrudt. Herefter
tilsættes vand og gær, og derved sker der en gæringsproces:
C
6
H
12
O
6
→ 2 CH
3
CH
2
OH + 2 CO
2
Det er kendt som en nem metode, fordi gærcellerne ikke har svært ved at nedbryde
stivelsen til monosaccharider, der derefter omdannes til ethanol. Væsken destilleres, når
alkoholprocenten når op omkring de 12 %.
Mange i verden er dybt forargede over disse 1. generationsanlæg, fordi der bruges råvarer
til brændsel, mens der er folk, som sulter i fattige lande. Nogle mener, at det er med til den
kæmpe prisstigning, som der for tiden er på fødevarer. Derfor ville det være optimalt at
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
kunne bruge rest- og affaldsprodukter, og der er derfor, der er blevet forsket i 2.
generationsanlæg.
I 2. generationsanlæg bruger man nemlig fiberholdige affaldsprodukter som brugte
sukkerrør, træ og halm. Alle produkterne indeholder lignocellulose. Lignocellulose er en
fællesbetegnelse for de vigtigste bestanddele i planters fibre. Det er cellulose,
hemicellulose og lignin. Ligesom i 1. generationsanlægget skal der her bruges
monosaccharider til at lave bioethanol. Her er det bare lidt mere vanskeligt. Lignin virker
nemlig som en beskyttende hinde på de to andre stoffer, hvilket gør dem svære at
nedbryde. Derfor skal der forarbejdes lidt mere her for at ”få fat” i monosacchariderne. Det
kan f.eks. ske ved en kraftig forøgelse af temperaturen (kan ske under tryk), som så
hjælper med at nedbryde den kraftige polymerstruktur. Samtidig kan man bruge
enzymatisk hydrolyse, hvor enzymer tilsættes for at nedbryde de store polysaccharider til
monosaccharider, så gæringsprocessen forløber endnu hurtigere. Udover at 2.
generationsanlægget skiller os af med 1. generationsanlægget og dettes kritiske punkter,
gør det også, at vi kan løsrive os helt fra vores afhængighed af de fossile brændstoffer.
I år 2003 stod Brasilien for produktionen af 14 mio. m
3
bioethanol, hvor USA og Canada
tilsammen stod for 12 mio. m
3
, EU for 1,7 mio. m
3
og til sidst stod andre lande for 1,3 mio.
m
3
.
Brasilien står som største producent af bioethanol, men det sker ved brug af 1.
generationsanlæg. Nu begynder 2. generationsanlæggene at bryde frem, hvilket er
positivt, da det kommer til at hjælpe Brasilien med at gøre deres 1. generationsanlæg
mere miljøvenlige og effektive.
Anvendelse af bioethanol i biler
Nu hvor brugen af bioethanol er blevet mere omfattende, skal bilerne også kunne køre på
det. Men der forholder sådan, at alle biler i dag kan køre på benzin med 5-10 % bioethanol
i. For dieselbiler og større procenttal i benzin, skal visse ting justeres på bilerne.
Vi er dog kommet meget langt med bilerne. I dag findes der biler, der kan køre på op til 85
% ethanol. De kaldes for flexifuel-biler. Det har vi eksempler på i Brasilien, hvor der var 74
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
% flexifuel-biler ud af det samlede antal biler i år 2006, og i Sverige, hvor det lå på 11,2 %.
Man er endda stadig i fuld gang med at forske i biler, som kan køre på ren bioethanol.
Processen der sker i motoren med bioethanol er følgende:
CH
3
CH
2
OH + 3 O
2
→ 3 H
2
O + 2 CO
2
Kilder: ”Fremstilling af bioethanol” fra Dansk kemi nr. 86
”Nye kemiske horisonter, kap. ”Biobrændsel – et varmt alternativ” ”
www.biogasol.dk/4m3.htm
www.da.wikipedia.org/wiki/Bioethanol
Konklusion
Under fremstillingen af denne projektrapport har vi fået stor kemisk indsigt i produktionen
af bioethanol og betingelserne for, at der overhovedet kan være en produktion. Der er
blevet redegjort for de forskellige former for sukkerstoffer (mono-, di- og polysaccharider),
idet de danner grundlag for gæringsprocessen, som netop omdanner mono- og
disaccharider til ethanol vha. enzymer. At bruge polysaccharider i processen er lidt mere
kompliceret, idet de skal forarbejdes og nedbrydes til mono- eller disaccharider, før de kan
bruges i gæringsprocessen. Det kan dog være nødvendigt at bruge de store molekyler på
trods af behovet for forarbejdning, idet man i 2.generationsanlæg netop bruger stoffer, der
er opbygget af en eller flere former for polysaccharider, hvor de fleste 1.generationsanlæg
baseres på sukkerholdige stoffer, altså mono- og disaccharider. Rapportens forsøg
illustrerer nødvendigheden for forarbejdning af polysaccharider – her kan det nemlig ses,
at gærceller ikke kan bearbejde disse molekyler, men udelukkende mono- og
disaccharider.
[navn fjernet] og Christine 2.x
Kemi Høng gymnasium og Hf-kursus
Projekt: Bioethanol 07/08
Lærer: KP Afleveringsdato: 15-05-08
Litteraturliste
Artikler:
- Devantier, Rasmus; Olsson, Lisbeth; Pedersen, Sven: ”Fremstilling af
bioethanol”
Dansk kemi, 86, nr. 2, 2005, fra www.techmedia.dk
Faglitteratur:
- Christensen, Claus Hviid; Hansen, Carsten Broder; Andersen, Mette
Minor; Linderoth, Lars: ”Nye kemiske horisonter”: 1. kap: ”Biobrændsel – et
varmt alternativ”
Litotryk Svendborg A/S
- Cederberg, Gunnar; Kristiansen, Kim Rongsted: Aurum
Malling Beck, 2006
- Isis kemi B kap: 6-7 om alkoholer.
Websites: (se specifikke sider i noterne)
www.bio.auc.dk
www.biogasol.dk
www.da.wikipedia.com
www.emu.dk
www.hyldehuset.dk
www.infolink2003.elbo.dk/Naturvidenskab/dokumenter/doc/8007.pdf
www.ku.dk
www.ruc.dk
www.wolsing.dk/biologi
http://martinjohansen.dk/dokumenter/kemi/alkoholer.pdf
http://en.wikipedia.org/wiki/Alcohol
http://en.wikipedia.org/wiki/Ethanol