Alternatív energiaforrásokBioüzemanyagok

Múlt és jelen

• Folyamatatosan nő a világ energiafelhasználása

1937 2000

Egy ember átlagos energiafogyasztásának változása a történelem során

Forrás: Barótfi István – Kempelen Farkas digitális tankönyvtár

Fosszilis energiahordozók• Kőszén, kőolaj, földgáz – nem megújuló (több száz millió év

alatt), kb 90%-át feléltük• Mai napig a legnagyobb %-ban a kőolajat használjuk, de

gond a kitermelés (ma még 3 milliárd tonna/év, de ez csökken, becslések szerint max. 30-40 évre elég a készlet)

• Kőszén: több millió évvel ezelőtt mocsári körny-ben az elhalt növényekből kialakult tőzeg, mely vízvesztés után barna-, végül feketekőszénné al.

• Kőolaj, földgáz: elhalt szervezetek szervesanyagaiból oxigénszegény körny-ben, magas hőm-en és nyomáson szénhidrogének képz.

• Egyes kutatók vitatják fosszilis eredetüket, szerintük nagyon nagy mélységben szervetlen anyagokból képz., érvük, hogy nagyon nagy nyomás kell kialakulásukhoz, mely azokban a rétegekben nem jöhetett létre, amivel a szervesanyagok még érintkezhettek)

• Vagy az igényeinket/felhaszn. csökkentjük, vagy kevesebb energiával, hatékonyabban használjuk fel

• Mire elfogynak a készletek megfelelő alternatívá(ka)t kell találni

Igényeink meghaladják lehetőségeinket

Megoldás: megújuló/alternatív energiaforrások

• Napenergia

• Szélenergia

• Vízenergia

• Geotermikus energia

• Biomassza (élő és nemrég elhalt szervezetek, biológiai

eredetű termékek)

• Jelenleg az összenergia felhasználás 5-6%-a megújuló

• Közvetlen : Nap – ebből származó energia megújítható

• Közvetett : szél, víz, biomassza, geotermikus energia (ez utóbbi nem egyértelmű)

• Alternatív, mert megoldást kínál a fosszilis energiahordozók kiváltására– Ez nemcsak a kifogyóban lévő készletek miatt fontos,

de pl. az üvegházhatás csökkentéséhez is hozzájárul(felmérések szerint a jelenlegi energiafelhaszn. szerint az üvegházh.-t okozó gázok mennyisége 30-40 évenként megduplázódik)

Megújuló energiaforrások

A megújuló energiaforrások felhasználási lehetőségei

(Forrás: Energiahatékonysági kézikönyv - Megújuló energiaforrások hasznosítása)

Lehetőségek Magyarországon

• Biomassza hasznosítása(3,5 millió t olajjal egyenértékű mennyiségű

biomassza keletk. évente Mo-n)• Geotermikus energia

(0,2 t olajjal egyenért. a kiaknázható mennyiség)

• Napenergia(meglepő, de csak 0,05 t olajjal egyenért.

hasznosítható)• Víz-, szélenergia

(Magyarországon kisebb jelentőségű)

Zöldáramtermelés Magyarországon

2001 (GWh) 2004 (GWh)

Biomassza 7 793

Biogáz 7,6 23

Vízenergia 186 210

Szélenergia 0,9 5,5

Hulladékégetés 112 54Forrás: Világgazdaság, VG-gyűjtés

Megújuló energiaforrások Napenergia

• A következő néhány millió évben nagy valószínűséggel jelen lesz

• A Földre érkező sugárzás egy anyag felületén abszorbeálódik, az anyagtól függően változó mértékben. Ez kihasználható, a sugárzási energia hővé alakul

– Az első ismert napenergia-felhasználó a krónikák szerint Archimedes (i.e. 287-212) volt, aki a támadó római had hajóit tükörrel/pajzsok segítségével lángra lobbantotta

– Az 1600-as években kezdték újra vizsgálni a napenergia felhasználásának lehetőségeit

– Komoly előrelépések azonban csak az 1972-es olajválság után történtek

Hő- és villamosenergia

Napelemek, napkollektorok, napkoncentrátorok

Megújuló energiaforrásokVízenergia

• Elvileg sokszínű: árapály, párolgás és lecsapódás, vízmozgás

• Leginkább folyóvizek mozgási energiáját hasznosítjuk• Magyarország adottságai nem jelentősek (nincsenek nagy szintkülönbségek)

– Hazánkban a 1800-as évek végéig az egyik alapvető erg.termelési mód volt (malomiparban, 22647 vízikerék és 99 turbina ). Később vízimalmokból törpe vízerőmű, amelyek már csak áramot termeltek.

• Vízturbinák segítségével mechanikai energiát nyerünk

Tiszalök

Kaprun

Törpe vízierőmű

ár-apály

Megújuló energiaforrások Szélenergia

• A levegő különböző mértékben melegszik fel a Föld felszínén, ez légmozgásokat idéz elő

• Szélmalom, vitrolás, szélkerék• Virágkorát a 17-18. sz-ban élte, majd az ipari

forradalom gőzgépei kiszorították a színről• Ma elsősorban villamosenergia termelésre fejlesztik

a szél energiáját hasznosító erőgépeket• Mo-n az átl. szélseb. 2,5-3,5 m/sec, 1,5 m/s-nál

kisebb sebességű szél már nem alk. erg.nyerésre

A.A. MILNE: A SZÉL (részlet)„Senki meg nem mondja, mit senkise tud Hogy a szél honnan indul és hova futSzárnyal valahonnan, nagyon sebesen Utol nem érem rohanva sem” (Devecseri Gábor fordítása)

Nyíregyházi szélerőgépek

Megújuló energiaforrások Geotermikus energia

• A földkéregben tárolt hőenergia, elvileg korlátlan– Már a rómaiak is ismerték, használták a termál vizeket,

mint gyógyvizek, ill. Pompeiben fűtésre • Termálvizek – Magyarországon jelentős

előfordul olyan kút, melyből legalább 60°C-os víz folyik

• Mo-n átl. 20m/°C (Dél-Dunántúlon, Alföldön találunk 1000 m mélyen 70°C)

• Kihasználása nem megfelelő, fejlesztések hiánya

hévízkúthévíz feltárására alkalmatlan területtermálkarsztvíz tározók

Mo-n több, mint 600 35°C feletti kifolyóvíz hőm-ű termálkút van, és legalább 180, mely-nek hőm-e meghaladja a 60°C-ot, ezek kb 45%-a hasznosul energetikai célokra

Geotermikus erőmű

Megújuló energiaforrások Biomassza

• A szén, a kőolaj és a földgáz után jelenleg a negyedik legnagyobb energiaforrás. Világátlagban a felhasznált energia 14 %-át, a fejlődő országokban 35 %-át biomassza felhasználásával nyerik

• Szervesanyag tömeg (biológiai eredetű) : élő és nemrég elhalt szervezetek, valamint ezek, és a biotechnológiai ipar termékei, hulladékai, melléktermékei (az ember, mint biológiai tömeg, bár biomassza, de nem soroljuk bele e rendszerezésbe, viszont az általa termelt mellék-termékeket, hulladékokat igen)

• A biomassza valójában átalakított napenergia, mely kémiai kötésekben tárolódik

Megújuló energiaforrások Biomassza

• 3 nagy csoportba osztjuk (keletekezés, típus alapján):– Elsődleges biomassza: természetes vegetáció– Másodlagos biomassza: állatvilág, és az állattenyésztésből származó

melléktermékek, hulladékok– Harmadlagos biomassza: emberi tevékenységhez kapcsolódó

szerves hulladékok, bio(tech.) ipar melléktermékei, hulladékai

• Hasznosítása:– Élelmiszer, takarmány– Energiaforrásként:

» Közvetlen tüzeléssel» Kémiai átalakítás után – gáz vagy folyékony üzemanyag» Erjesztéssel (etanol) – foly. üzemanyag» Növényi olajok (sajtozlás, észterezés) - foly. üzemanyag» Anaerob fermentáció – gáznemű üzemanyag, fűtőa.,

villamoserg.

Megújuló energiaforrások Biomassza

• Energetikai hasznosításra felhasznált biomassza: ipari, mezőgazdasági, erdőgazdasági, és kommunális hulladékok, illetve a túltermelési válság miatt felhalmozódott intervenciós termények (főleg kukorica):– faipari hulladék, gabonafélék-, egyéb növények

szármaradványai,szalma, kukorica csutka, stb – közvetlen égetéssel nyerhető energia

• Cellulóz, keményítő alapú biomasszából biogáz, alkohol nyerhető

• Állattartásból eredő, élelmiszeripari melléktermékekből, hulladékokból szintén nyerhetünk biogázt

Megújuló energiaforrások Biomassza

• Energetikai célú felhasználásának előnyei:– Kimerülőben lévő fosszilis energiahordozó készletek

kiváltása– Újra termelhető– A légkör CO2 szint növekedésének megállítása

(megfordítása)– A termelés helyén/környezetében felhasználható,

(szállítási költségek csökk., ellátási bizonytalanság csökken – import függőség)

– Szénhez viszonyítva kevesebb salak képz., a hamu hasznosítható talajjavításra

– Elégetése során sokkal kevesebb kénvegyület szabadul fel, mint a fosszilis energiahordozók esetén

– Összességében környezetkímélőbb a használata

Megújuló energiaforrások Biomassza

• Energetikai célú felhasználásának hátrányai:– Változó nedvességtartalmú tüzelőanyag elégetéséhez is

jó hatásfokú berendezések kellenek– Élelmezési, takarmányozási célra termelt biomassza

felhasználása (miközben a világ számos pontján éheznek)

– Az élelmezésre termelt növények területeinek csökkentése az energianövények javára, főleg a szegényebb, elmaradott, de jó természeti adottságú országokban, így ott tovább romolhat a helyzet

– Cellulóz alapú biomassza képezi a legnagyobb hasznosítható mennyiséget, de ennek hatékony, költségkímélő átalakítása folyékony ill. gáz állapotú üzemanyagra még nem megoldott

Megújuló energiaforrások Biomassza

• A biomassza hasznosítása nemcsak energetikai szempontból fontos, hanem környezetvédelmi sőt gazdasági szempontból is jelentősége lehet, pl. alternatív energia piacon Mo. adottságainak köszönhetően jó poziciót érhet el, és ezzel kapcsolatosan új munkahelyeket is biztosítana

• Magyaország kitűnő adottságai: nagy megművelhető földterület ( kb 66%-a az összterületnek, az EU átlagnál jobb)

Biomassza potenciál Magyarországon

• Energiafelhasználásunknak mindössze 3,2-3,6 %-át fedezzük megújuló forrásokból, ennek nagy része (2,8%) tüzifa égetéséből szárm.

• Mo. évente újratermelhető biomassza menny-e kb 100-110 millió tonna, ennek bruttó energiatart-a 1185 PJ, ami több, mint az ország éves erg.felhasználása

• A mezőgazdaságban keletkező hulladék, melléktermék igen tetemes, melynek csak elenyésző részét hasznosítjuk az állattartásban ill. iparban. Energetikai célú hasznosításukhoz a technológia kialakítása, fejlesztése költséges, és nem kellően támogatott

Biomassza potenciál Magyarországon

• Az évi biomassza termelésünk kb fele melléktermékként jelenik meg, ami jelentős alapanyag mennyiség az alternatív energiák előállításához

• Mo. területeit sokkal jobban ki lehetne használni, pl. energia erdők, energia füvek termesztésére, főleg az állattenyésztés zsugorodása következtében, a felszabaduló, takarmány növények termesztésére fordított, földterületek felhasználásával

• A mezőgazdaságban keletkező hulladékok, melléktermékek komolyabb hasznosításával a környezet terhelése csökken (hígtrágya elhelyezés, szalma felesleg)

• A mezőgazdaság képes lenne ezzel biztosítani energiaszükségletét (saját anyagból fedezné, nem kell fosszilis erg. felhaszn. ,szállítási költs. csökk.). Akár felesleget is tud előállítani, piac

Biomassza potenciál Magyarországon

Biomassza potenciál Magyarországon

Forrás: BIOMASSZA POTENCIÁL ÉS HASZNOSÍTÁSA MAGYARORSZÁGON. GŐGÖS Zoltán, Háromhatár konf. Nyitra, 2005. május 3-4.

Biomassza potenciál Magyarországon

• A keletkező – évente megújuló – biomassza nemcsak energetikai célra hasznosítható

• Az ipari fejlesztésekben a biomassza szerepe egyre nagyobb, igyekeznek olyan termékeket, technológiákat fejleszteni, melyek alapanyagai biomassza eredetűek

• Példák:– Építészet: egyre több faházat látunk ország szerte,

ezenkívül kötő-, szigetelőanyagokat is állítanak elő biopolimerekből

– Vegyipar: szintetikus polimerek helyettesítése biopolimerekkel

BIOÜZEMANYAGOK

• Szilárd– Száraz biomassza

• Folyékony– Biodízel– Biometanol– Bioetanol– Biobutanol

• Gáz– Biogáz– Biohidrogén

Folyékony bioüzemanyagok

• Elégetés: kémiai energiából hőenergia keletk., majd mechanikai energia (motorok, gépek hajtása)

• Járművek üzemanyagaként:– önállóan/tisztán, vagy– keverve:

benzinhez a bioetanol, vagy származéka: ETBE (etil-tercier-butil éter), gázolajhoz a növényi olaj, vagy észterezett formái5-30%-ig

Biodízel

• Magas olajtartalmú növények kinyert olajából észterezéssel előállított üzemanyag

• A növényi olajok motor hajtóanyagként használata Rudolf Diesel (1858-1913) ötlete volt, aki a Párizsi Világkiállításon 1900-ban mutattott be földimogyoró olajjal hajtott motort. Halála előtt megjósolta, hogy a növényi olajok a jövőben hasonló jelentőséggel fognak bírni, mint a kőolaj és kőszén az akkori (1912) időben

Napraforgóolajjal száguldó autókat veszély fenyegeti

Mi ez az isteni sültkrumpli

szag???

Mi ez az isteni sültkrumpli

szag???

Biodízel• Növényi eredetű olajok energetikai hasznosítása

többek között környezetvédelmi okok, túltermelési válság miatt

• Tüzelő-, és üzemanyagként is - önmagában, vagy adalékként

• Alapanyagok: növényi olajok (kb 97%-a triglicerid), állati zsiradékok, használt sütőolaj– Termesztett alapanyag: repce, napraforgó, szója,

olajbogyó, tökmag, dió, földimogyoró (és még nagyon sokféle mag)

– Mo. éghajlati viszonyainak leginkább a napraforgó kedvez, emellett jelentősek a repce ültetvények

Zöld dízel• Növényi olajok közvetlen hasznosítása (tisztítás, finomítás

után) motorhatóanyagként, kenőanyagként• Olcsóbban eá., mint az észterezett forma• Tüzelőberendezésekben a tiszta olaj jól használható (de

előmelegítés szükséges), kisebb a kén-oxid emisszió• Hajtóanyagként komoly hátrányuk magas viszkozitásuk,

speciális motor szükséges (vagy a meglévő motorok jelentős átalakítása szüks.), kokszlerakódás, besülés lehet

• Gázolajba keverve 10-15%-ban haszn. magas cetánszáma miatt (Az öngyulladás empirikus mértéke a cetánszám - a cetán a 16 szénatomos normál-paraffin). A cetán öngyulladási tulajdonságai a legkedvezőbbek, ez jelenti a skála 100-as értékét)

• Mo-n 2007-ben épült zöldolaj előállító üzem Visontán. A várható kapacitás repcéből: 120 000 t magból 39 000 t olaj állítható elő (működéséről nincs elérhető információ)

Biodízel• A zöld dízel kedvezőtlen tulajdonságai szükségessé

tették a fejlesztést. Biodízel állítható elő belőle az olajok észterezésével

• A növényi olaj 97% triglicerid. Tart. még foszfatidokat, lecitint, vitaminokat. Az olajat sajtolással vagy extrakcióval nyerik, majd alkohollal katalizátor (NaOH) jelenlétében észteresítik.

• A biodízel tehát olajok telítetlen zsírsavaiból előállított metil észter

• Előállítása:– olajpréselés– Trigliceridek jelenléte gond, ezek átészterezése szükséges– Melléktermékek: olajpogácsa – energiadús (fehérje),

glicerin –szintén hasznosítható

Biodízel

• Katalizátor (ált. NaOH) jelenlétében az olajat 10% metanol/etanol jelenlétében reagáltatják, glicerin és zsírsav-metil/etilészterek képz., ülepítik, és az alsó frakciót, mely tart. a glicerint levál., a felesl. alkoholt desztillációval eltáv.

• Termék: biodízel, glicerin, olajpogácsa

Zsírsav-metilészter

számoljunk– A repce olaj tartalma 40-42%. 1000 kg RME kinyeréséhez

tehát kb 2400-2500 kg mag kell. Repcéből lehet 3 t/ha átlagtermést kihozni. Adatok szerint 1 ha-on termesztett repcéből annyi repce-metilészter (RME) nyerhető, ami több, mint 6 ha műveléséhez elegendő, ebből levonva az „önfogyasztást” – 5 ha megműveléséhez tudunk üzemanyagot biztosítani az 1 ha repcéből, tehát nemcsak önfenntartó (2007-es adatok szerint a Dél-Alföldi Régióban mintegy 25-30 000 ha-on termesztenek repcét)

– Másik számítás szerint 250 kg repce v. 500 kg szójamagból nyerhető 100 kg tiszta olaj, ezt 11 kg metanollal észteresítve nyerhető 100 kg biodízel + 11 kg glicerin

– Biodízel gyártásba az EU első a világon, ezen belül Németország jár az élen (majd Franciaország, és Olaszország követi)

A biodízel előállítása során keletkező melléktermékek hasznosítása

Olajpogácsa

• Az olajpogácsa az olajos magvakból az olaj eltávolítása után visszamaradó melléktermék, mely hasznosítható takarmányozási célokra (kérődzőek, halak) is, amennyiben magas a tápanyagértéke. Az erre nem alkalmas olajpogácsák viszont magas nitrogén tartalmuk miatt trágyázásra/talajjavításra használhatók

• Az olajpogácsák összetétele nagyban függ a növénytől, az extrakciótól (de befolyásolja a termesztési körülmény, tárolás is)– Napraforgóból szárm.: magas a nyersfehérje, és rost tart.– Szójabab esetén magas az aminosav tartalom– Repce fehérje tart-a magas, jó aminosav forrás

• Biotechnológiai alkalmazásuk: magas tápértékük miatt pl. enzimtermelésre - sikeresen haszn. lipáz, fitáz, extracell. proteáz, amiláz, stb. előállítsához (legtöbbször szilárd fázisú fermentációban szubsztrát vagy tápanyag kiegészítő). Megfigyelték, hogy a növényi élősködők előford-a csökkent pl. ricinus olajpogácsa jelenlétében, míg a szaprofita gombáké nőtt.

• Élelmiszeriparban:– E422 néven élelmiszer adalékként– Édesítőszerként cukor helyett (édesítő ereje csak

60%-a a cukorénak

• Vegyiparban:– a poliol, és a poliuretán gyártásban – a nitroglicerin alapanyaga – a kozmetikai iparban hidratáló krémek, szappanok

készítéséhez használják

• sejtek tárolása folyékony nitrogénben, a glicerin jelenléte a sejteket megvédi a jégkristályok okozta károsodástól

A biodízel előállítása során keletkező melléktermékek hasznosítása

Glicerin

Háztartásokban keletkező zsír, olaj hulladék hasznosítása

• Veszélyes hulladék, mert a sütés során toxikus, karcinogén anyagok keletk.

• Igen nagy mennyiségben keletk. (EU-ban 0,8-1 millió t/év)

• Ártalmatlanítani kell, egyik lehetőség a biodízel előállítása e hulladékokból, mely függ az alapanyagtól, és a költségektől

• 3 lehetőség: lúgos, savas ill. enzimes eljárás, melyből az enzim katalizálta reakciók az előnyösek (környezet-kímélő, mellék termék (glicerin) visszanyerése) - lipázok

Biometanol

• Biomasszából – fahulladékból, szerves, kommunális hull-ból - előállítható, faszesznek is hívják

• Légmentes térben hevítve (pirolizis) az alapanyagot CO és H2 nyerhető, nyomás alatti hevítésekor, katalizátor jelenlétében keletk. a metanol

• Kedvezőtlen motorikus és korróziós tulajdonságok, ezért nem haszn., mint motorhajtóanyag, keverhetik benzinhez 5%-ig (elegyedési gondok), de összességében így sem előnyös (bár javul a motor hatásfoka, de hidegindítási gondok). Korrozívabb, mint az etanol, energiatartalma is kisebb

Bioetanol

BioEtanol• Keményítő és magas cukortartalmú növényi termékekből• Már az egyiptomiak is tudták (azaz legalább 3000 éve használt

technológia: élesztővel cukorból sört, bort fermentáltak)• Most ismét „divat” – benzinhez kötelező bekeverni

– Olajválság, ólomterhelés miatt• Ma még jelentősebb, hiszen a bioüzemanyagok egyik fő

képviselője (első etanol hajtotta autót 1880-ban Henry Ford alkotta, majd 1990-től Amerikában gasohol, mely kukoricából készült)

• Üzemanyagként lehet eredeti formájában használni, de hátránya, hogy a benzinhez képest kisebb az energia-tartalma (ugyanakkora táv megtételéhez 25-50%-kal több alkoholra van szükség) Benzinbe keverve, ill. komponensként üzemanyagadalék formájában

• Üzemanyagadalékként oktánszámjavító etil-tercier-butil-éter (ETBE) gyártható belőle (5-7%-ban használják)

Bioetanol

• Cukorrépa, búza, kukorica, cukornád, burgonya, cukorcirok• Fermentáció lényege: Saccharomyces cerevisiae oxigén

hiányában cukorból etanolt és CO2-ot állít elő

C6H12O6 2 C2H5OH + CO2

• Bioetanol előállítás többlépcsős• Nagyüzemi gondok: az etanol, mint oldószer 5% feletti

koncentrációban tönkreteszi a sejtek membránját• Előnye, hogy magas cukortartalmú hulladékot,

mellékterméket is fel lehet használni alapanyagként• Előállítása költséges, de olcsóbb, mint a szintetikus etanolé,

ezért várhatóan inkább a vegyi és kozmetikai ipar lesz a nagyfelhasználó (nem üzemanyagként)

NövényTermésátlag

(t / ha)

Átlagos bio-etanol

hozam (l / ha)

Cukorrépa 40 4000

Cukorcirok 35 3500

Cukornád 57 5300

Burgonya 20 2000

Őszi búza 5 1500

Kukorica 6 2300

Csicsóka 50 4200

Néhány bio-etanol előállításra alkalmas növény termesztési adatai (www.kekenergia.hu)

Alkohol ipari előállítása

keményítőből 1. Őrölt gabona keményítőjét gőz és nyomás segítségével gélesítik

2. Lehűtik 50-60°C-ra és α-amilázt adnak hozzá, mely az α-1,4-kötéseket elhasítja oligoszaharid szálak keletk.

3. Glükóz felszabadítása glükoamiláz enzimmel, a végtermék glükóz

4. Élesztő sejtek hozzáadásával a glükózból alkohol fermentálható

5. Töményítés, desztilláció, víztelenítés, ezek a lépések nagyon költségessé teszik, így az energiamérlege negatív Töményítés, desztilláció

Alkohol termelő mikroorganizmusokbana glükóz átalakulása etanollá

glükóz

glikolizis

2 piruvátSzentgyörgyi-Krebs ciklus

acetaldehid

2 etanol

2 CO2

NADHNAD+

Piruvát dekarboxiláz

Alkohol dehidrogenáz

Fejlesztési lehetőségek

• oldószer toleráns törzsek keresése (Zymomonas mobilis baktérium), létrehozása (több hosszúláncú telítetlen zsírsav a sejtmembránban)

• Batch kultúra helyett fed-batch-, vagy folyamatos-, és/vagy sokedényes folyamatos kultúra

• Etanol folyamatos kivonása• Cellulóz alapú szubsztrátok használata jó, de

előkezelés szükséges: fizikai (pl. gőzrobbantás), kémiai (pl. savas hidrolizis), biológiai (celluláz enzimek)

Cellulózból a glükóz enzimatikus kinyerése

cellulóz

cellobióz

glükóz

celluláz

-glükozidáz

Az intermedier és a végtermék gátolja (negatív visszacsatolás) az enzimatikus folyamatokat

Cellulózból bioetanol

• 1861-ben Pasteur figyelte meg a butanol képződését egy butirát termelő törzs izolálása során

• 1893-ban Beijerinck két butanol termelő baktériumot izolált: Granulobacter butylicus, G. saccharobutyricum

• 1914-től ipari szintű mikrobiológiai termelés – aceton, butanol

• 1914 Weizmann izolálta az anaerob Clostridium acetobutylicum-ot, keményítőből acetont és butanolt állított elő. Az I. Világháború során a lőporgyártásban sok aceton kellett, a nitro-cellulóz oldószere

• A butanolt a gumielőállításhoz haszálták, butadiént állítottak elő belőle, mely a szintetikus gumi prekurzora

ABE (aceton-butanol-etanol) fermentációClostridium acetobutylicum-mal

• ABE termelés során 6-6,5% kiindulási szervesanyagból

kb 37%-a lesz oldószer 3:6:1 arányban

• A sejtek exponenciális szaporodási fázisában - acidogén

szakasz: acetát, butirát képződik, a rendszer

savanyodik,

2. szakaszban - szolventogén fázis alacsony pH-n ABE

termelődés,

3. szakasz az alkohologén fázis. Melyben csak etanol és

butanol képződik közel semleges pH-n

ABE (aceton-butanol-etanol) fermentációClostridium acetobutylicum-mal

Clostridium sp. fermentáció időskála

Keletkező gázok = CO2+H2

Savképz.

oldószerképz.gázképz.

idő

Rel

atív

egy

ség

ABE (aceton-butanol-etanol) fermentáció

membrán

Oldószer gőz

hűtőrendszer

Vákuum vagy gázcsapda

Vákuumpumpa vagy ventillátor

Összegyűjtött oldószer

Fer-mentor

Clostridium acetobutylicum

etanol

aceton

butanol

glükóz

Biogáz

Biogáz• Szervesanyagok (szénhidrátok, fehérjék, zsírok) anaerob

bontásával nyerhető gáz – fő komponensek: CH4 + CO2

• Alapanyagok lehetnek: szinte minden szervesanyag, pl. cellulóz, keményítő, élelmiszeripari melléktermékek, és hulladékok, trágya, kommunális hulladék

• Feltételei: anaerob körülmény, bontható szervesanyag, megfelelő mikróba konzorcium (együttműködő, közösség)

• Felhasználása:– helyben – fűtésre (fűtőértéke erősen függ az egyéb, nem éghető

alkotóktól)– Elszállítva – gázhálózatba – fűtésre

- Villamos- és hőenergia előállításra - motormeghajtásra

• hulladékhasznosítás!• Visszamaradó biomassza talajerőpótlásra

Biogáz előállításának sematikus ábrázolása

Szerves anyag,

“hulladék”

BIOGÁZ

TÁPANYAG

Anaerob fermentáció

Biogáz képződés

Monomerek,oligomerekemésztése

Biogáz

Polimerekbontása

+H2

Energia növényekBagasseBagasse Cukor cirokCukor cirok

CsicsókaCsicsókaLucernaLucerna

CukorrCukorrépaépa

A nyírbátori biogáz üzem

Biohidrogén

Biotechnológiai előállítása :

1. víz bontásából

2. a nitrogén fixálás mellékterméke

3. biomassza fermentációja során

H+

H2

H2 fejlesztés redukció ENERGIA

H2

H2 fogyasztás oxidáció

e-

REDUKÁLÓSZER

hidrogén alapú technológiák

Legtisztább energiahordozó: H2

Víz Víz

primer energia

energiaszállítás,tárolás

energiafelhasználás

Biomassza

22HH++

2H2O

O2 + 2H+

Fotoszintézis

2H+

Sötét fermentáci

ó

Hidrogenáz

Hidrogenáz

elektron hordozó

e-e-

e-

e-

Biohidrogén termelési stratégiák

elektron hordozó

Kétlépéses, keratintartalmú hulladékot hasznosító hidrogéntermelő rendszer

III. gáztisztítás

H2

CO2

II. hidrogéntermelés

biomassza

Thermococcus litoralis

H2, CO2

I. keratintartalmú hulladék biológiai bontása

keratintartalmú hulladék

biomassza

oldott keratin

Bacillus licheniformis

Jó vagy rossz???• Zöldszervezetek tiltakoznak a

bioüzemanyagok bevezetése ellen!

• A belefektetett energia, költségek megtérülnek-e?

• Kinek termesztik a növényeket a gazdák?