Βιοκαύσιμα Αλκοόλες(Αιθανόλη, Μεθανόλη) Κιαχίδης Κυριάκος

Βιοκαύσιμα Αλκοόλες(Αιθανόλη, Μεθανόλη) Κιαχίδης Κυριάκος

Βιοκαύσιμα (Αλκοόλες) Η εξάντληση των αποθεμάτων του πετρελαίου και η ανάγκη για μείωση των αερίων του θερμοκηπίου ενισχύουν τη χρήση εναλλακτικών καυσίμων, όπως τα βιοκαύσιμα. Βιοκαύσιμα ονομάζονται τα στερεά, υγρά ή αέρια καύσιμα τα οποία προέρχονται από τη βιομάζα, το βιοδιασπώμενο δηλαδή κλάσμα προϊόντωνήαποβλήτωνδιαφόρωνανθρώπινωνδραστηριοτήτων. Τα κυριότερα εναλλακτικά βιοκαύσιμα είναι οι αλκοόλες και συγκεκριμένα η αιθανόλη και η μεθανόλη, οι οποίες αποτελούν πρωτογενείς πηγές ενέργειας. Είναι βολικά καύσιμα για την αποθήκευση και τη μεταφορά ενέργειας. Αυτές οι αλκοόλες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κινητήρες εσωτερικής καύσης (βενζινοκινητήρες και πετρελαιοκινητήρες). Στην Ευρώπη έχει δρομολογηθεί η υποχρεωτική χρήση βιοκαυσίμων στα καύσιμα κίνησης σε ποσοστό τουλάχιστον 2% από 1/1/2006, με στόχο την αύξησή τους σε ποσοστό 5,75% μέχρι 31/12/2010, με βάση την οδηγία 2003/30/ΕC της Ευρωπαϊκής Επιτροπής, η οποία προτείνει συμμετοχή των βιοκαυσίμων στην αγορά καυσίμων σε ποσοστό 20% έως το 2012. Στα ποσοστά αυτά η βιοαιθανόλη θα υποκαθιστούσε τη βενζίνη.

Βιοκαύσιμα (Αλκοόλες) Ο χημικός τύπος για το καύσιμο αλκοόλης είναι CnH 2 n+1oh. Τα καύσιμα αλκοόλης λαμβάνονται συνήθως από βιολογικές παρά από πετρελαϊκές πηγές και είναι γνωστά ως βιοαλκοόλες. Δεν υπάρχει χημική διαφορά μεταξύ των αλκοολών που παράγονται βιολογικά και εκείνων που λαμβάνονται από άλλες πηγές. Ωστόσο, η αιθανόλη που παράγεται από το πετρέλαιο δεν πρέπει να θεωρείται ασφαλής για κατανάλωση καθώς περιέχει περίπου 5% μεθανόλη και μπορεί να προκαλέσει τύφλωση ή ακόμα και θάνατο. Και οι δύο αυτές αλκοόλες σε κινητήρες ανάφλεξης με σπινθήρα μπορούν να ρέουν σε πολύ υψηλά ποσοστά ανακύκλωσης καυσαερίων και με υψηλές αναλογίες συμπίεσης. Έχουν πολύ υψηλό αριθμό οκτανίου: η αιθανόλη έχει αριθμό οκτανίου έρευνας 109(RON) και αριθμό οκτανίου κινητήρα 90(MON), ενώ η μεθανόλη έχει αντίστοιχα 109 και 89. Τόσο η μεθανόλη όσο και η αιθανόλη περιέχουν διαλυτές και αδιάλυτες προσμείξεις. Ιόντα των διαλυτών προσμείξεων μπορούν να επιδράσουν αρνητικά στη διαβρωτικότητα των καυσίμων αλκοολών. Οι υψηλής ποιότητας αλκοόλες θα πρέπει να έχουν χαμηλή συγκέντρωση ρύπων καθώς και να έχει προστεθεί σε αυτές το κατάλληλο αντιδιαβρωτικό.

Αιθανόλη Χημικός Τύπος: C 2 H 5 OH Η αιθανόλη είναι υγρό που μοιάζει πολύ την μεθανόλη και είναι ένα άχρωμο πτητικό υγρό με έντονη τοξικότητα. Οι ομοιότητες των δύο υγρών οφείλονται στην χημική τους σύνθεση καθώς αυτό που τα κάνει να διαφέρουν, όπως φανερώνει και η ονομασία τους είναι ο αριθμός ατόμων άνθρακα στο μόριο τους. Η χρήση της βιοαιθανόλης εντείνεται με την πάροδο του χρόνου και έχει ήδη επεκταθεί σε στρατηγικής σημασίας τομείς, όπως είναι ο ενεργειακός. Είναι γνωστό, ότι η αιθανόλη χρησιμοποιείται σε μίγματα με βενζίνη σε ποσοστά 10 και 85% (ταε10 και Ε85, αντίστοιχα), τα οποία περιέχουν 3.5% κ.β. οξυγόνο.

Αιθανόλη Πλεονεκτήματα Έχει διάφορες χρήσεις που αφορούν διάφορους τομείς μεταξύ αυτών τη βιομηχανία και τις μεταφορές. Στις μεταφορές η αιθανόλη δεν χρησιμοποιείται σαν καθαρό προϊόν αλλά η ίδια και τα παράγωγα της χρησιμοποιούνται ως πρόσθετα της βενζίνης. Χρήση της αιθανόλης ως καύσιμο στις τουρμπίνες ατμού. Μείωση των οξειδίων του αζώτου (ΝΟx) και CO 2 κατά την παραγωγή ενέργειας με ορυκτά καύσιμα και καύσιμα για κίνηση. Είναι βιοαποικοδομήσιμη και προκαλεί πολύ μικρή περιβαλλοντική μόλυνση αν χυθεί στο περιβάλλον. Η αιθανόλη είναι ένα καύσιμο υψηλού αριθμού οκτανίων (113) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρόσθετο αύξησης του αριθμού οκτανίου της βενζίνης. Δεν περιέχει επικίνδυνους αρωματικούς υδρογονάνθρακες, όπως για παράδειγμα βενζένιο το οποίο είναι καρκινογόνο, ενώ πλεονεκτεί και στις εκπομπές μονοξειδίου του άνθρακα.

Αιθανόλη Μειονεκτήματα Η διαδικασία παραλαβής της αιθανόλης είναι το τελευταίο στάδιο παραγωγής και περιλαμβάνει απόσταξη και αφυδάτωση με θέρμανση. Το τελευταίο αυτό στάδιο είναι από τα πλέον ενεργοβόρα άρα και πιο δαπανηρά στάδια της παραγωγικής διαδικασίας και αποτελεί κρίσιμο παράγοντα της βιομηχανικής παραγωγής βιοαιθανόλης. Τα απόβλητα της βιομηχανίας αιθανόλης έχουν υψηλό ρυπαντικό φορτίο και είναι δύσκολα επεξεργάσιμα. Υψηλό σημείο τήξης της που οδηγεί σε εύκολη πήξη της κατά τους χειμερινούς μήνες όπου η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη. Μπορεί να εισχωρήσει στο ανθρώπινο σώμα με την κατάποση, εισπνοή ή απορρόφηση μέσω του δέρματος και να αποβεί μοιραία εξαιτίας των κατασταλτικών ιδιοτήτων της.

Μεθανόλη Χημικός Τύπος: CΗ 3 ΟΗ Ανήκει στην κατηγορία των αλειφατικών αλκοολών, και είναι γνωστή και με την ονομασία μεθυλική αλκοόλη. Η μεθανόλη βρίσκεται σε υγρή μορφή σε θερμοκρασία δωματίου και είναι ιδιαίτερα τοξική ενώ η οσμή της είναι ελαφρά οινοπνευματώδης. Γενικά η μεθανόλη είναι ένα εύφλεκτο, τοξικό και άχρωμο υγρό. Η πρώτη παραγωγή μεθανόλης πραγματοποιήθηκε με ξηρά απόσταξη ξύλου και έτσι απέκτησε τα ονόματα ξυλόπνευμα, μεθυλένιο και μεθύλιο (μέθυ υος και ύλη δηλαδή μεθυστικό ποτό και ξύλο). Στη σύγχρονη βιομηχανία η μεθανόλη παράγεται και από το συνθετικό αέριο Syngas.

Μεθανόλη Πλεονεκτήματα Έχει διάφορες χρήσεις που αφορούν διάφορους τομείς μεταξύ αυτών τη βιομηχανία και τις μεταφορές. Στις μεταφορές η μεθανόλη δεν χρησιμοποιείται σαν καθαρό προϊόν αλλά η ίδια και τα παράγωγα της χρησιμοποιούνται ως πρόσθετα της βενζίνης, όπωςκαιηαιθανόληπου προαναφέρθηκε. Χρησιμοποιείται ως καύσιμο στην αυτοκίνηση, θεωρείται ιδιαίτερα φιλικό προς το περιβάλλον καύσιμο αφού η διάχυση της στο νερό δεν προκαλεί τα προβλήματα που προκαλεί η διάχυση πετρελαίου. Πιθανή διαρροή μεθανόλης στο νερό δεν οδηγεί σε δημιουργία κηλίδων καθώς διαχέεται στο νερό και μεταβολίζεται άμεσα από τους οργανισμούς που ζουν σε αυτό, επίσης η πιθανή ανάφλεξη της είναι εύκολα ελέγξιμη. Η χρήση της μεθανόλης μπορεί να οδηγήσει σε μείωση των εκπεμπόμενων ρύπων όπως το μονοξείδιο του άνθρακα και οι υδρογονάνθρακες. Η περιεκτικότητα της μεθανόλης σε οκτάνια είναι αρκετά υψηλή, ο υψηλός αριθμός οκτανίων επιτρέπει υψηλές αναλογίες συμπίεσης, και ακολούθως όσο μεγαλύτερο ποσοστό προσθήκης της μεθανόλης σε μίγμα μεθανόληςβενζίνης τόσο μεγαλύτερος ο αριθμός οκτανίων του τελικού καυσίμου.

Μεθανόλη Μειονεκτήματα Υψηλό σημείο τήξης της που οδηγεί σε εύκολη πήξη της κατά τους χειμερινούς μήνες όπου η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη. Βασικά προβλήματα που δημιουργεί η χρήση μεθανόλης είναι στην κρύα εκκίνηση και στην εκπομπή φορμαλδεΰδης. Μπορεί να εισχωρήσει στο ανθρώπινο σώμα με την κατάποση, εισπνοή ή απορρόφηση μέσω του δέρματος και να αποβεί μοιραία εξαιτίας των κατασταλτικών ιδιοτήτων της.

Σύγκριση μεταξύ Αιθανόλη, Μεθανόλης και Βενζίνης Σύγκριση ιδιοτήτων μεταξύ των δύο αυτών καυσίμων και της κοινής βενζίνης:

Ιδιότητες Μειγμάτων Αιθανόλης Βενζίνης Παράμετροι Μονάδα Ανάμιξη Κωδικός Μείγματος Θερμογόνος Δύναμη Περιεκτικότητα σε: Αρωματικοί Υδρογονάνθρα κες Ε5 Ε10 Ε25 Ε50 MJ/kg 41.99 41.24 40.83 33.72 % (v/v) 33.7 30.3 26.4 19.5 Βενζόλιο % (v/v) 0.79 0.67 0.57 0.38 Βαθμός Οκτανίων Κινητήρα (ΜΟΝ) Βαθμός Οκτανίων Έρευνας (RON) 86.8 84.8 86.4 88.1 95 96.6 100.5 103.2

Ιδιότητες Μειγμάτων Μεθανόλης Βενζίνης Ιδιότητες μειγμάτων βενζίνης Μεθανόλης Μ5, Μ7.5, Μ10, Μ12.5, Μ15:

Εκπομπές CO 2, CO και UHC από τα μείγματα βενζίνηςαιθανόλης/μεθανόλης

Συνοψίζοντας Μεβάσητιςδιαφάνειεςπουπροηγήθηκαν, ταγενικάσυμπεράσματαπου αφορούν τη χρησιμότητα των αλκοολών ως εναλλακτικά καύσιμα, το ενεργειακό τους περιεχόμενο και τις επιπτώσεις της καύσης τους στο περιβάλλον είναι τα εξής: 1. Η χρήση των καυσίμων αυτών είτε καθαρών είτε σε μίξη με τη βενζίνη/diesel δεν απαιτούν το σχεδιασμό ενός νέου κινητήρα, αλλά χρησιμοποιούνται κανονικά στον κύκλο Otto ή με μετατροπή διμεθυλαιθέρα να σε κύκλο Diesel. 2. Μειώνουν τις εκπομπές των πιο επικίνδυνων αερίων που προκύπτουν από την ατελή καύση (όπως CO, NΟx, UHC). 3. Ανεβάζουν τον αριθμό οκτανίων της βενζίνης με την πρόσμιξή τους σε αυτή. 4. Αυξάνουν το ενεργειακό περιεχόμενο της βενζίνης με την πρόσμιξή τους σε αυτή.