ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Υ ΡΟΓΟΝΟΥ ΑΠΟ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗ

Transcript

1 ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Υ ΡΟΓΟΝΟΥ ΑΠΟ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗ Μ.Α. Γούλα 1, Κ. Οικονοµόπουλος 1, Ν. Κυρατζής 2 1 Τµήµα Τεχνολογιών Αντιρρύπανσης, ΤΕΙ υτικής Μακεδονίας, Κοίλα, Κοζάνη, τηλ , Fax , mgoula@kozani.teikoz.gr 2 Γενικό Τµήµα Θετικών Επιστηµών, ΤΕΙ υτικής Μακεδονίας, Κοίλα, Κοζάνη ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σε αντίθεση µε άλλες επιλογές καυσίµων που µπορούν να χρησιµοποιηθούν για παραγωγή υδρογόνου, η βιοαιθανόλη έχει ένα εγγενές πλεονέκτηµα µεγάλης σπουδαιότητας κατά τη διάρκεια του σχεδιασµού µιας ενεργειακής πολιτικής, ότι είναι ανανεώσιµο καύσιµο. Η δυνατότητα παραγωγής βιοαιθανόλης µέσω της υδρόλυσης ή/και ζύµωσης της βιοµάζας είναι γνωστή για χρόνια και η σχετική τεχνογνωσία είναι αυτήν την περίοδο σε ένα επίπεδο που µπορεί να εξασφαλίσει παραγωγή χαµηλότερου κόστους. Αφ' ετέρου, όταν προέρχεται από γεωργικά προϊόντα, η αιθανόλη µπορεί να υποβληθεί σε έναν πλήρη κύκλο ζωής από την καλλιέργεια στα προϊόντα µέσω της καύσης και vise versa µέσω της φωτοσύνθεσης. Ο κύκλος αυτός επιβεβαιώνει τις αµελητέες περιβαλλοντικές επιπτώσεις, πράγµα που δεν ισχύει για την χρήση των ορυκτών καυσίµων. Από αυτή την άποψη, η χρήση της βιοαιθανόλης για παραγωγή υδρογόνου µπορεί να θεωρηθεί σενάριο υψηλής οικολογικής αξίας. Επιπλέον, η αιθανόλη είναι ένα εύκολα µεταφερόµενο υγρό και λιγότερο τοξική από τη µεθανόλη και τη βενζίνη. Η αντίδραση της καταλυτικής αναµόρφωσης της αιθανόλης για την παραγωγή υδρογόνου έχει µελετηθεί αρκετά τα τελευταία χρόνια. Στην παρούσα εργασία διερευνήθηκε και υπολογίσθηκε το κόστος παραγωγής υδρογόνου µέσω καταλυτικής αναµόρφωσης της βιοαιθανόλης που προέρχεται από διάφορες ενεργειακές καλλιέργειες. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ατµοσφαιρική ρύπανση, η ενεργειακή ασφάλεια, η µικρή ποσότητα των ενεργειακών αποθεµάτων και οι αυξηµένες τιµές των συµβατικών καυσίµων είναι µερικοί από τους σηµαντικότερους προβληµατισµούς της σύγχρονης εποχής που αφορούν στο ενεργειακό µέλλον της παγκόσµιας κοινότητας. Σηµαντικότερος αυτών θεωρείται η µείωση των παγκόσµιων αποθεµάτων πετρελαίου, δεδοµένου ότι οι ενεργειακές ανάγκες των περισσοτέρων χωρών αυξάνονται παράλληλα µε τη βιοµηχανική και τη βιοτική τους ανάπτυξη που στηρίζεται κατά βάση στο πετρέλαιο. Απαιτείται λοιπόν σταδιακή αντικατάσταση των παραδοσιακών καυσίµων από νέες µορφές ενέργειας, οπότε λύση στους παραπάνω προβληµατισµούς θα δώσει η χρήση των εναλλακτικών καυσίµων. Τα εναλλακτικά καύσιµα, όπως αυτά ορίζονται από το νόµο της ενεργειακής πολιτικής του 1992 των Η.Π.Α. (EPAct 1992: Energy Policy Act), περιλαµβάνουν την αιθανόλη, το φυσικό αέριο, το προπάνιο, το υδρογόνο, το βιολογικό πετρέλαιο, την ηλεκτρική ενέργεια, τη µεθανόλη και το p-series. Σε αντίθεση µε άλλες επιλογές καυσίµων που µπορούν να χρησιµοποιηθούν για παραγωγή υδρογόνου, η αιθανόλη έχει ένα εγγενές πλεονέκτηµα µεγάλης σπουδαιότητας όσον αφορά τον σχεδιασµό µιας ενεργειακής πολιτικής, ότι είναι ανανεώσιµο καύσιµο.

2 Χρησιµοποιώντας την προηγµένη τεχνολογία βιο-αιθανόλης που αναπτύσσεται από το πρόγραµµα βιολογικών καυσίµων, θα είναι δυνατό να παραχθεί η αιθανόλη από οποιοδήποτε υλικό κυτταρίνης/ηµικυτταρίνης, που σηµαίνει οποιοδήποτε φυτικό υλικό ή υλικό φυτικού παράγωγου. Αρκετά από αυτά τα υλικά δεν είναι πλήρως εκµεταλλεύσιµα και είναι σχετικά φθηνά, αλλά δηµιουργούν προβλήµατα διάθεσης. Παραδείγµατος χάριν, άχυρο ρυζιού και άχυρο σίτου καίγονται συχνά στα χωράφια, µια πρακτική που τείνει να περιοριστεί εξαιτίας σοβαρών επιπτώσεων στην ατµοσφαιρική ρύπανση. Επίσης, ένα µεγάλο µέρος του υλικού που προορίζεται για υλικά οδόστρωσης είναι υλικό κυτταρίνης/ µικυτταρίνης και θα µπορούσε να χρησιµοποιηθεί για την παραγωγή βιοαιθανόλης. Μια από τις πρώτες εµπορικές κυτταρινικές εγκαταστάσεις αιθανόλης στις ΗΠΑ θα χρησιµοποιεί τα δηµοτικά στερεά απόβλητα (municipal solid waste MSW) ως πρώτη ύλη. Η οµάδα πόρων της Masada, ετοιµάζει εγκαταστάσεις αιθανόλης στο Middletown, της Νέας Υόρκης, οι οποίες θα µετατρέπουν τα κυτταρινικά υλικά που υπάρχουν στα δηµοτικά στερεά απόβλητα (municipal solid waste MSW) σε αιθανόλη. Απόβλητα από αρκετούς µύλους τυπογραφείου, εργοστάσια επεξεργασίας τροφίµων, και άλλων βιοµηχανιών είναι επίσης κατάλληλα για την παραγωγή βιοαιθανόλης. Άλλη πιθανή πρώτη ύλη για τη βιοαιθανόλη είναι το υπόλειµµα καλαµποκιού (µίσχοι και φύλλα καλαµποκιού). Λόγω της µεγάλης ποσότητας του υπολείµµατος και της εγγύτητάς του στις τρέχουσες εγκαταστάσεις παραγωγής αιθανόλης, αναµένεται να αποτελεί µια πρωταρχική πρώτη ύλη για την προηγµένη παραγωγή βιοαιθανόλης. Η παραγωγή βιοαιθανόλης ως καύσιµο για τις µεταφορές εµπεριέχει αρκετές περιβαλλοντικές ανησυχίες. Η τρέχουσα παραγωγή καύσιµης αιθανόλης στις Η.Π.Α. είναι βασισµένη σχεδόν εξ ολοκλήρου στο άµυλο από το σιτάρι καλαµποκιού. Για την επίτευξη των τεράστιων επίπεδων παραγωγής της, η σύγχρονη καλλιέργεια καλαµποκιού χρησιµοποιεί σηµαντικά ποσά ενέργειας και χηµικών ουσιών. Οι πρώτες εγκαταστάσεις αιθανόλης χρησιµοποιούσαν επίσης σηµαντικά ποσά ενέργειας, παρόλο που υπήρχαν ανησυχίες ως προς το εάν το παραγόµενο καύσιµο µεταφορών ήταν ενεργειακά αποδοτικό, ώστε να καλύψει τα ποσά ενέργειας που καταναλώνονταν για την παραγωγή του. Η βιοµηχανία καυσίµου αιθανόλης, εντούτοις, έχει κάνει µεγάλα κέρδη αποδοτικότητας όπως και η αµερικανική γεωργία και η πιο επίσηµη µελέτη του ζητήµατος επίσης αναθεωρεί άλλες µελέτες) καταλήγει στο συµπέρασµα ότι η «ισορροπία καθαρής ενέργειας» από την παρασκευή της καύσιµης αιθανόλης από το σιτάρι καλαµποκιού είναι Αυτό σηµαίνει ότι για κάθε µονάδα ενέργειας που πηγαίνει στην ανάπτυξη του καλαµποκιού και τη µετατροπή του σε αιθανόλη, ανακτούµε για το ένα τρίτο περισσότερη ενέργεια ως καύσιµο αυτοκινήτου. Αυτό µπορεί να µην ακούγεται πολύ εντυπωσιακό, αλλά λαµβάνοντας υπόψη ότι ενώ η βενζίνη την οποία η αιθανόλη αντικαθιστά εισάγεται κατά ένα µεγάλο µέρος της καθώς και ότι αποτελεί µια πηγή ρύπανσης υψηλού επιπέδου, το µίγµα των ενεργειακών εισαγωγών για την παραγωγή της βιοεθανόλης περιλαµβάνει πολλή εσωτερική και σχετικά καθαρότερη ενέργεια. Βάσει µόνο των υγρών καυσίµων, η καθαρή ισορροπία που υπολογίζεται από αυτή την έκθεση είναι 6,34. Μια περιβαλλοντική µελέτη (Institute for Local Self Reliance, 1995) παρουσιάζει πόσο µπορεί να βελτιωθεί η τρέχουσα µέση ισορροπία καθαρής ενέργειας. Ο υπολογισµός της τρέχουσας ισορροπίας σε 1,38, οδηγεί ώστε να υπολογιστεί µια αναλογία 2,09, που βασίζεται στην αύξηση του καλαµποκιού µε την περισσότερο αποδοτική τακτική καλλιέργειας και την αιθανόλη που παράγεται στις αποδοτικότερες υπάρχουσες εγκαταστάσεις. ηλαδή εάν οι µέσοι όροι βιοµηχανίας κινηθούν προς τα τρέχοντα οφέλη της βιοµηχανίας, θα υπήρχε περισσότερο από το διπλάσιο της ενέργειας στην καύσιµη αιθανόλη από ότι στην παραγωγή της.

3 Για την κυτταρινική βιοαιθανόλη το πρόγραµµα βιολογικών καυσίµων εστιάζεται σε µελέτη που σχεδιάζει ενεργειακή ισορροπία κατά 2,62. Αυτό βασίζεται στην ανάπτυξη και τη συγκοµιδή των ενεργειακών συγκοµιδών, όπως τα ταχέως αναπτυσσόµενα δέντρα. Έτσι η βιοαιθανόλη από το υπόλειµµα καλαµποκιού ή άλλο υπόλειµµα που δεν απαιτεί καµία προσπάθεια παραγωγής θα είχε µια ακόµα ευνοϊκότερη ενεργειακή ισορροπία. Μια ανάλυση κύκλου της ζωής προγράµµατος βιολογικών καυσίµων για την παραγωγή της αιθανόλης από το υπόλειµµα, που βρίσκεται εν εξελίξει, αναµένεται να παρουσιάσει πολύ εντυπωσιακή αναλογία καθαρής ενέργειας περισσότερο από 5. Πρέπει να σηµειωθεί, ωστόσο, ότι ένα µεγάλο µέρος του ενεργειακού κέρδους προέρχεται από την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας µε το κάψιµο της συµπαραγόµενου λιγνίνης, παρά από την ίδια την αιθανόλη. Ένας από τους πιο επίµονους κριτές της καύσιµης αιθανόλης [David Pimentel, Cornell University, βεβαιώνει ότι χρειάζεται περίπου 70% περισσότερη ενέργεια για να αναπτυχθεί το καλαµπόκι και παραχθεί αιθανόλη από αυτό απ ότι υπάρχει στην αιθανόλη. Μεταξύ άλλων, εντούτοις, η ανάλυσή του είναι βασισµένη σε παλαιά στοιχεία και δεν δίνει οποιαδήποτε πίστωση για την ενεργειακή αξία από τη ζωική τροφή συνπροϊόντων από την κατασκευή της αιθανόλης (τόσο ξηρή επεξεργασία όσο και η υγρή επεξεργασία στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας αιθανόλης παράγουν ζωικές τροφές µε υψηλό πρωτεϊνικό περιεχόµενο σαν σηµαντικό συµπροϊόν, ένα βασικό οικονοµικό στοιχείο από τη διαδικασία παραγωγής). Η χρήση των παλαιών στοιχείων είναι σηµαντική επειδή η σύγχρονη βιοµηχανία αιθανόλης είναι µόνο περίπου 20 ετών και οι εγκαταστάσεις είναι σήµερα πολύ αποδοτικότερες από τις πρώτες που δηµιουργήθηκαν. Επίσης η παραγωγικότητα της καλλιέργειας καλαµποκιού έχει αυξηθεί εντυπωσιακά. Οι επικριτές της αιθανόλης εξετάζουν επίσης τη φρόνηση της ανάπτυξης των καυσίµων αντί των τροφίµων, αλλά το καλαµπόκι (το καλαµπόκι του αγρού, που δεν πρέπει να συγχέεται µε το γλυκό καλαµπόκι) χρησιµοποιείται συνήθως ως τροφή σε εκτρεφόµενα ζώα και για τα προϊόντα όπως οι γλυκαντικές ουσίες ποτών, παρά για άµεση ανθρώπινη κατανάλωση. Επιπλέον ως η µεγαλύτερη γεωργική συγκοµιδή στις Η.Π.Α., είναι γενικά πλεονάζουσα και απαιτεί υποστήριξη των τιµών. Έτσι οι δαπάνες φορολογούµενων µειώνονται όταν σε οποιαδήποτε έκταση η αιθανόλη υποστηρίζει τις τιµές καλαµποκιού. Η παραγωγή κυτταρινικής βιοαιθανόλης θα ασκούσε ακόµα λιγότερο επίδραση στις προµήθειες τροφίµων. Θα χρησιµοποιούσε καθένα από τα υπολείµµατα όπως το υπόλειµµα καλαµποκιού που παράγεται ως υποπροϊόν της παραγωγής άλλων συγκοµιδών ή συγκοµιδές για την παραγωγή ενέργειας που αναπτύσσονται σε έδαφος οικονοµικά ακατάλληλο για συγκοµιδές τροφίµων. Η πλήρης εφαρµογή του "σεναρίου αιθανόλης" απαιτεί έναν γεωργικό προσανατολισµό στις συγκοµιδές και τις εγκαταστάσεις όπως τα ζαχαρότευτλα, οι κάλαµοι ζάχαρης, το καλαµπόκι ή το σόργο που µπορούν να παρέχουν υψηλές παραγωγές αιθανόλης µε χαµηλό κόστος κατασκευής. Από αυτή την άποψη, το σενάριο µπορεί να σπάσει µέσω του κατώτατου ορίου οικονοµικής βιωσιµότητας που αποκτά ένα ουσιαστικό µερίδιο αγοράς, µόνο σε περίπτωση που µπορεί να παρέχει µια άνοδο στα έσοδα των γεωργικών εκµεταλλεύσεων. Σύµφωνα µε οικονοµική έκθεση που παρουσιάστηκε στις ΗΠΑ το 1997 βασικό χαρακτηριστικό για τη βιωσιµότητα του "σεναρίου αιθανόλης" είναι η απαίτηση της αιθανόλης που επηρεάζει θετικά τα έσοδα των γεωργικών εκµεταλλεύσεων και το µέγεθος καλλιέργειας. Επιπλέον, αναφέρεται ότι η απαίτηση αιθανόλης µπορεί επίσης να έχει συνδυαστικά πολλαπλασιαστικά αποτελέσµατα στην αυξανόµενη απασχόληση

4 οικονοµίας λόγω των υψηλότερων εσόδων των γεωργικών εκµεταλλεύσεων, στις υψηλότερες επενδύσεις στον αγροτικό εξοπλισµό και τελικά λόγω της λειτουργίας των εγκαταστάσεων αιθανόλης. 2. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ Η αιθανόλη, επίσης γνωστή και ως αιθυλικό οινόπνευµα ή οινόπνευµα σιταριού, µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως εναλλακτικό καύσιµο ή ως προσθετικό στη βενζίνη που αυξάνει τον αριθµό οκτανίου και µειώνει τη ρύπανση. Η βιοµηχανία αιθανόλης στις Η.Π.Α. παρήγαγε πάνω από 2,81 δισεκατοµµύρια γαλόνια το 2003, επάνω από το 32% από την ετήσια παραγωγή αρχείων του 2002, 2,13 δισεκατοµµύρια γαλονιών (Renewable Fuels Association Ethanol Industry Outlook 2004). Αν και αυτός ο αριθµός είναι µικρός σε σύγκριση µε την κατανάλωση συµβατικών καυσίµων για τη µεταφορά, δεδοµένου ότι το κράτος συνεχίζει να απαγορεύει τη χρήση του µεθυλικού τριτογενή βουτυλικού αιθέρα (MTBE Methyl Tertiary Butyl Ether) και µε τη δυνατότητα µιας οµοσπονδιακής απαγόρευσης, αναµένεται στην κατανάλωση αιθανόλης µια σηµαντική ώθηση. Λόγω της αυξανόµενης απαίτησης της αιθανόλης ως πρόσθετη ουσία στην βενζίνη, οι προσπάθειες να αυξηθούν οι προµήθειες είναι απαραίτητες προκειµένου να µετατραπεί η αύξηση σε ζήτηση. Αυτήν την περίοδο, 72 εγκαταστάσεις αιθανόλης σε 19 κράτη έχουν την ικανότητα να παραγάγουν περισσότερα από 3 δισεκατοµµύρια γαλόνια ετησίως και επιπλέον 15 εγκαταστάσεις είναι υπό κατασκευή για να προσθέσουν στην ικανότητα παραγωγής πάνω από 550 εκατοµµύρια γαλόνια το 2004 (RFA EIO 2004). Υπάρχουν τέσσερα βασικά βήµατα στη µετατροπή της βιοµάζας σε βιοαιθανόλη: 1. Η παραγωγή της βιοµάζας οδηγεί στον καθορισµό του ατµοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα στον οργανικό άνθρακα. 2. Μετατροπή αυτής της βιοµάζας σε χρησιµοποιήσιµη πρώτη ύλη ζύµωσης (χαρακτηριστικά κάποια µορφή ζάχαρης) µπορεί να επιτευχθεί µε µια ποικιλία από διαφορετικές τεχνολογίες που αφορούν στη διαδικασία. Αυτές οι διαδικασίες για την παραγωγή πρώτης ύλης της ζύµωσης αποτελούν τις κρίσιµες διαφορές µεταξύ όλων των τεχνολογιών βιοαιθανόλης που µπορούµε να επιλέξουµε. 3. Η ζύµωση της ενδιάµεσης βιοµάζας µε τη χρήση βιοκαταλυτών (µικροοργανισµοί συµπεριλαµβανοµένου ζύµης και βακτηριδίων) για την παραγωγή αιθανόλης σε ένα σχετικά αραιό διάλυµα ύδατος είναι πιθανώς η παλαιότερη µορφή βιοτεχνολογίας που ανέπτυξε η ανθρωπότητα. 4. Με την επεξεργασία της ζύµωσης για την παραγωγή προϊόντων καύσιµης αιθανόλης και υποπροϊόντων που µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την παραγωγή άλλων καύσιµων, χηµικών ουσιών, θερµότητας και / ή ηλεκτρικής ενέργειας. Από την άλλη πλευρά, το υδρογόνο θεωρείται ως το καύσιµο του µέλλοντος από πολλούς επιστήµονες αλλά και µεγάλες βιοµηχανίες. Η παραγωγή υδρογόνου µε αναµόρφωση είναι µια τεχνική που χρησιµοποιείται αρκετά χρόνια στην βιοµηχανία και είναι ώριµη σαν τεχνολογία. Σαν πρώτη ύλη µέχρι σήµερα για την παραγωγή υδρογόνου έχει χρησιµοποιηθεί το φυσικό αέριο. Όµως αυτό κρατάει δέσµιο το νέο καύσιµο, καθώς οι εξελισσόµενες παγκόσµιες οικονοµίες έχουν την ανάγκη να ξεφύγουν από τα συµβατικά καύσιµα. Έτσι η δυνατότητα παραγωγής υδρογόνου από µη συµβατικά καύσιµα όπως τα βιοκαύσιµα που δεν εξαρτώνται από συγκεκριµένες γεωγραφικές τοποθεσίες θα έδινε την απαιτούµενη ώθηση στο υδρογόνο. Επίσης η παραγωγή υδρογόνου από βιοµάζα θα µας έδινε ένα καύσιµο απαλλαγµένο από τους βλαβερούς ρύπους και δεν θα επιβάρυνε καθόλου το περιβάλλον. Η αιθανόλη είναι

5 µια πολύ καλή πρώτη ύλη που µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την παραγωγή υδρογόνου. Στον παρακάτω πίνακα βλέπουµε ότι τις περισσότερες φορές η µετατροπή µιας καλλιέργειας σε αλκοόλη είναι µία αρκετά συµφέρουσα διαδικασία, δεδοµένου ότι η απώλεια που υπάρχει, λόγω της µετατροπής, από οικονοµικής άποψης είναι µικρή. Πίνακας 1 Παραγωγή προϊόντων και αιθανόλης από διάφορες καλλιέργειες Προϊόντα: Παραγωγή Κιλά/ στρέµµα / Κιλό Παραγωγή / στρέµµα Σόγια 300 0,218 65,4 Καλαµπόκι 200 0,083 16,6 Ζάχαρη , ,4 Παραγωγή αιθανόλης από : Καλαµπόκι 79 Ρύζι 210 0,398 83,5 Σόγια 120 0,513 61,5 Ζαχαροκάλαµο 510 0, ,9 Πίνακας 2 Τιµή παραγόµενης βιοαιθανόλης από διάφορες καλλιέργειες Τιµή βιο-αιθανόλης Καλλιέργεια ( /m3) Ζαχαρότευτλο (15 /ton) Ζαχαροκάλαµο 200 Πατάτες 760 Καλαµπόκι (90 /ton) Σιτάρι (110 /ton) 590 Cassava 610 Λιγνίνη (υδρόλυση µε οξύ) 345 Λιγνίνη (ενζυµατική υδρόλυση) 140 Αιθανόλη χηµικά παρασκευασµένη 415 Η αντίδραση της αναµόρφωση της αιθανόλης µελετάται αρκετά τα τελευταία χρόνια από πολλές επιστηµονικές οµάδες ανά τον κόσµο. C 2 H 5 OH + 3H 2 O 6H 2 + 2CO 2 Η µελέτη αυτής της αντίδρασης σε θερµοδυναµικό επίπεδο µε τον κώδικα RXNEQ και για συνθήκες διεξαγωγής 750 ο C και 3 atm πίεση δίνει µία σύσταση µίγµατος 52,6% Η 2, 14,1% CO, 8,1% CO 2, και 25,4% H 2 O. Για να προσοµοιώσουµε περισσότερο τις πραγµατικές βιοµηχανικές συνθήκες θα πρέπει να µειώσουµε την περιεκτικότητα του µίγµατος σε µονοξείδιο του άνθρακα έτσι εφαρµόζουµε αναµόρφωση σε δύο στάδια µία υψηλής θερµοκρασίας και µία χαµηλής. Ο

6 αντιδραστήρας που λαµβάνεται υπόψη είναι παρόµοιος µε αυτόν που γίνεται η αναµόρφωση του φυσικού αερίου.σε αυτήν την περίπτωση ο κώδικας RXNEQ µας δίνει 65,8 Η 2, 21,3% CO 2, 12,0% H 2 O και 0,9% CO.Επιπλέον µε εκλεκτική οξείδωση το τελικό µίγµα που θα πάρουµε είναι 62,6% Η 2, 21,4% CO 2, 12,5% H 2 O και 3,5%Ν 2. Στο παρακάτω διάγραµµα παρουσιάζεται σχηµατικά η διαδικασία παραγωγής υδρογόνου από βιοµάζα ΒΙΟΜΑΖΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΑΝΑΜΟΡΦΩΣΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΣΕ ΥΟ ΣΤΑ ΙΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ Η 2, CO 2, H 2 O CO ΕΚΛΕΚΤΙΚΉ ΟΞΕΊ ΩΣΗ Η 2, CO 2, H 2 O, Ν 2 Σχήµα 1 ιαδικασία παραγωγής υδρογόνου από βιοµάζα Έχοντας υπόψη τα παραπάνω και µε βάση την στοιχειοµετρία της αντίδρασης θα έχουµε παραγωγή 0,2177 Kg H 2 /kg αιθανόλης. ηλαδή για την παραγωγή 1kg υδρογόνου θα χρειαστούν 4,592kg αιθανόλης. Κατά συνέπεια το κόστος παραγωγής 1kg υδρογόνου από την βιο-αιθανόλη µε τιµή βιοαιθανόλης 0,45 /kg τότε θα είναι 2,0664. Σε ενεργειακά µεγέθη θα έχουµε κόστος υδρογόνου 17,24 /GJ. Βέβαια όλα αυτά για µία ενδεικτική τιµή αιθανόλης. Πιο αναλυτικά παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα στον παρακάτω πίνακα. Πίνακας 3 Τιµή υδρογόνου σε συνάρτηση µε την τιµή της βιο-αιθανόλης Πρώτη ύλη βιο-αιθανόλης Τιµή βιο-αιθανόλης (kg) Τιµή H 2 /GJ Ζαχαρότευτλο (15 /ton) 0,292-0,393 11,19-15,06 Ζαχαροκάλαµο 0,253 9,69 Πατάτες 0,963 36,89 Καλαµπόκι (90 /ton) 0,292-0,406 11,19-15,55 Σιτάρι (110 /ton) 0,748 28,66 Cassava 0,773 29,61 Λιγνίνη (υδρόλυση µε οξύ) 0,437 16,74 Λιγνίνη (ενζυµατική υδρόλυση) 0,177 6,78 Αιθανόλη χηµικά παρασκευασµένη 0,526 20,15

7 40 35 Τιµή Η2 Euro/GJ Σχήµα 2. Τιµές υδρογόνου σε σχέση µε την προέλευση της βιο-αιθανόλης 1. Ζαχαρότευτλο (15 /ton) 2.Ζαχαροκάλαµο 3.Πατάτες 4.Καλαµπόκι (90 /ton) 5.Σιτάρι (110 /ton) 6.Cassava 7.Λιγνίνη (υδρόλυση µε οξύ) 8.Λιγνίνη (ενζυµατική υδρόλυση) 9.Αιθανόλη χηµικά παρασκευασµένη 3. ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από τα παραπάνω διαφαίνεται ότι σε αρκετές περιπτώσει είναι αρκετά οικονοµική η παραγωγή υδρογόνου από βιο-αιθανόλη, όµως πρέπει να σηµειωθεί ότι για τον παραπάνω υπολογισµό κόστους δεν έχει συµπεριληφθεί το κόστος λειτουργίας του αντιδραστήρα, όπως και η τιµή αγοράς της αιθανόλης που αυτή µπορεί να είναι σηµαντικά πιο µεγάλη καθώς υπάρχει και το κόστος φορολόγησης στην εκάστοτε περιοχή. Βέβαια για να µειωθεί σηµαντικά το κόστος µπορεί η ίδια εγκατάσταση να παράγει την βιο-αιθανόλη από εγκαταστάσεις που θα διατηρεί ή να προµηθεύεται προϊόντα από άλλες διεργασίες που θα είναι άχρηστα ή πολύ χαµηλού κόστους έτσι ώστε το κόστος της αιθανόλης να είναι πολύ χαµηλό. Η διαδικασία αναµόρφωσης έχει βελτιστοποιηθεί όσον αφορά την αναµόρφωση του φυσικού αερίου, δηλαδή υπάρχουν µονάδες ανάκτησης ατµού, η αναγκαία θερµότητα για την πραγµατοποίηση της αντίδραση παράγεται από την καύση ενός µέρους της τροφοδοσίας µε αποτέλεσµα να υπάρχει όσο το δυνατόν µεγαλύτερη απόδοση. Η βελτίωση της απόδοσης των καλλιεργειών είναι ένας τοµέας που αναµένεται να βελτιωθεί σηµαντικά τα επόµενα χρόνια. Πρέπει να σηµειώσουµε ότι µια αύξηση στην καλλιέργεια κατά 40% θα είχε ανάλογη µείωση στην τιµή της αιθανόλης κατά 20% περίπου. Εν κατακλείδι η παραγωγή υδρογόνου από αιθανόλη υπό ορισµένες προϋπόθεσης είναι οικονοµικά εφικτή και αποδοτική. Στο άµεσο µέλλον µε την εξέλιξη στον τοµέα της γεωργίας και την ανάπτυξη ειδικών καλλιεργειών θα είναι δυνατή η ανάπτυξη µεγάλων µονάδων παραγωγής υδρογόνου από βιο-αιθανόλη. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Biomass conversion and technology Charles Y. Wereko, Brobbt Essel B. Hagen 2. The alcohol program Energy Policy Jose R. Moreira, Jose Goldemberg A comparative study of fyels for on-board hydrogen production for fuell-celpowered automobiles Lee F. Brown Hydrogen Energy