|
Biomasa, materia primă pentru biocombustibili
Biomasa contribuie cu 14% la consumul mondial de energie
primară, iar pentru trei sferturi din populaţia globului care trăieşte
în ţările în curs de dezvoltare aceasta reprezintă cea mai importantă
sursă de energie. La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a
peste 300.000 de noi locuri de muncă în mediul rural, tocmai prin
exploatarea biomasei. În prezent, în UE, 4% din necesarul de energie
este asigurat din biomasă.
|
|
|
|
Se caută surse regenerabile
Agenţia Internaţională pentru Energie estimează că în
Europa, resursele de petrol se vor epuiza în 40 de ani, cele de gaze
naturale în 60 de ani, iar cele de cărbune în 200 de ani, lucru care
s-ar traduce prin faptul că, peste aproximativ 20 de ani, Europa va fi
nevoită să importe 70 la sută din necesarul de energie. Ca urmare a
acestui fapt, statele uniunii au fost nevoite să găsească surse
regenerabile. Uniunea Europeană îşi doreşte ca, până în anul 2020, 20%
din consumul de energie al statelor comunitare să fie asigurat din
surse regenerabile.
|
|
O biorafinărie în Hastings, Nebraska - transformă anual 0,6 Mtone cereale în 250 milioane litri etanol
|
|
Ce sunt biocombustibilii?
Criza mondială de energie din ultimul timp a pus pe jar
comunitatea ştiinţifică internaţională. Preţul ţiţeiului este tot mai
greu de controlat. De aceea, trebuie căutate noi metode de a obţine
combustibili “pe cale naturală”. Se pare că soluţia cea mai bună o
reprezintă înlocuirea combustibililor convenţionali, fosili cu
combustibili obţinuţi din surse regenerabile. Aceştia se numesc biocombustibili
şi deja s-a început procesul de substituire treptată a combustibililor
convenţionali cu acest nou tip de carburant. Din ce se pot obţin
biocombustibilii? După cum o spune şi definiţia lor – din resurse
regenerabile, adică dintr-o materie primă care poate fi refăcută
permanent. O sursă permanentă de materie energetică o reprezintă
plantele care conţin glucide sau poliglucide care înmagazinează
energie. O astfel de plantă este porumbul. Orice crescător de animale
ştie că porumbul conţine mult amidon, care este transformat de animalul
care îl consumă în energie, care, dacă depăşeşte necesităţile
energetice ale organismului este stocată sub formă de ţesut adipos.
Amidonul poate fi transformat însă cu ajutorul enzimelor în glucoză,
care poate fi fermentată cu ajutorul microorganismelor în etanol. Iată,
deci o altă modalitate de a exploata energia înmagazinată în porumb, şi
anume transformarea ei în etanol, care poate fi amestecat cu benzina
şi ars în motoare. Pe lângă porumb, se mai folosesc şi alte produse
vegetale pentru obţinerea de biocombustibili: sfecla de zahăr, soia,
rapiţa, sau chiar uleiurile rezultate de la restaurante după prăjirea
alimentelor. Grăsimile animale reprezintă o altă sursă regenerabilă de
biocombustibili.
|
|
Diferite tipuri de biocombustibili:
Biocombustibil
|
Ce este?
|
Argumente Pro
|
Argumente Contra
|
Etanol din biomasă agricolă |
Alcool obţinut prin fermentarea cerealelor, plantelor tehnice şi altor surse vegetale |
Combustibil cu cifră octanică mare şi emisii reduse de gaze cu efect de seră |
Dificultăţi în transportul prin conducte, consumă cantităţi mari de biomasă agricolă alimentară sau furajeră |
Etanol din lignoceluloză |
Alcool obţinut prin conversia biomasei lignocelulozice la glucide fermentescibile urmată de fermentarea acestora la etanol |
Combustibil cu cifră
octanică mare şi emisii reduse de gaze cu efect de seră. Nu
utilizează materii prime alimentare sau furajere |
Dificultăţi în transportul prin conducte. Este mai scump decât etanolul din cereale. |
Biogaz |
Amestec de gaze ţn
care predomină metanul, obţinut prin fermentarea anaerobă a gunoiului
sau altor deşeuri sau subproduse agricole, menajere sau industriale |
Materia primă este
nevaloroasă, rol important în managementul deşeurilor. Poate fi o
sursă de energie în comunităţi rurale, sau zone sărace ale globului. |
Este greu de
lichefiat şi de aceea nu poate fi folosit în transporturi. Comoziţia
lui este heterogenă, în funcţie de materia primă şi tehnologie. |
Biodiesel |
Un carburant asemănător motorinei, obţinut din uleiuri vegetale |
Reduce emisiile şi este lubrifiant pentru motoare |
Dificultăţi în transportul prin conducte. Nu este agreat de toţi constructorii de motoare şi automobile |
Motorină regenerabilă |
Un carburant asemănător motorinei, obţinut din grăsimi vegetale şi hidrocarburi |
Corespunde
standardelor pentru motorină cu conţinut foarte scăzut de sulf,
adaosul de grăsimi animale îmbunătăţeşte proprietăţile de igniţie;
poate fi transportat prin conducte |
Emisiile sunt mai ridicate ca în cazul biodieselului |
Biobutanol |
Combustibil alcoolic, asemănător etanolului |
Mai uşor de transportat, mai puţin coroziv în conducte decât etanolul |
Nu se produce încă la capacitate mare |
|
|
Intrări:
Cereale
Melasă
Coceni
B.L.C.
Rumeguş
Borhot
Plante energetice
Deşeuri |
|
Ieşiri:
Alcool
CO2
Glicerol
Sustanţe chimice
Subst. solubile
Drojdie
Aditivi furajeri |
Biorafinărie
|
|
|
Etanol din biomasă lignocelulozică
Subprodusele sau deşeurile rezultate din activităţi
agricole sau industriale şi care conţin celuloză (paie, coceni, hârtie
etc) reprezintă o sursă importantă de energie nevalorificată
corespunzător. Deşeurile celulozice pot fi hidrolizate la glucide
simple, fermentescibile (glucoză, celobioză, xiloză etc), care pot fi
fermentate la etanol, butanol, sau alţi compuşi care pot fi carburanţi
sau materie primă pentru industria chimică. Pentru a fi viabil din
punct de vedere economic, costul de producţie a etanolului din biomasă
lignocelulozică, trebuie să fie competitiv cu ceilaţi biocombustibili.
În proiectul de cercetare cu titlul Conversia biomasei lignocelulozice
la etanol prin hidroliza si fermentare simultana, vom încerca să
elaborăm o tehnologie ieftină de conversie a biomasei lignocelulozice la
etanol. Procedeul presupune prehidroliza biomasei lignocelulozice,
urmată de o etapă comună de zaharificare enzimatică a celulozei şi
cofermentarea glucidelor rezultate la etanol. Astfel, glucoza rezultată
în urma hidrolizei celulozei va fi imediat transformată în etanol,
deci nu va mai inhiba activitatea celulazelor. Biomasa lignocelulozică
este mai întâi pretratată şi detoxifiată, eliberând componentele
glucidice. Tratarea cu hidroxid de calciu va înlătura din faza lichidă
compuşii eliberaţi în timpul pretratării, potenţial toxici pentru
microorganismul folosit la fermentare. Detoxifierea este aplicată doar
fazei lichide. Hidroliza enzimatică (zaharificarea) cuplată cu
fermentarea este realizată în condiţii privative de oxigen. În faza de
hidroliză se adaugă preparate enzimatice celulozolitice şi se menţine o
perioadă de timp la temperatură constantă pentru optimizarea
activităţii enzimatice. Microorganismul care va reliza fermentarea
glucidelor este mai întâi multiplicat pentru a obţine inoculul. Acesta,
împreună cu nutrienţii necesari dezvoltării microorganismului
producător de etanol este introdus în fermentator împreună cu suspensia
prehidrolizată şi cu enzimele celulozolitice. Amestecul de biomasă
pretratată, celulaze şi microorganisme fermentative este adus la o
temperatură comună de activitate a enzimei şi a microorganismului. În
timpul fermentaţiei, hidroliza celulozei se va face cu o intensitate
mică, deoarece temperatura optimă microorganismului este mai mică decât
temperatura optimă de activitate celulozolitică. După câteva zile de
zaharificare şi fermentare, majoritatea celulozei va fi convertită la
etanol.
|
|
Biotehnologiile şi biocombustibilii
Biotehnologiile găsesc soluţii acolo unde alte discipline îşi ating limitele, după cum o spune şi definiţia biotehnologiilor, şi anume: aplicarea
integrată a cunoştinţelor şi tehnicilor de microbiologie, genetică,
biochimie şi inginerie chimică, în scopul de a produce cu ajutorul
celulelor microbiene, animale şi vegetale, substanţe utile sau servicii
necesare societăţii. Soluţia găsită în acest caz este obţinerea
etanolului nu din porumb, ci din biomasă lignocelulozică. Ce este
biomasa lignocelulozică? Orice subprodus, deşeu agricol, menajer sau
industrial care conţine celuloză. Biomasa lignocelulozică reprezintă o
sursă abundentă şi ieftină de resurse energetice regenerabile. De
exemplu, reziduurile de trestie de zahăr numite bagase rezultate
în urma extracţiei zahărului din trestia de zahăr sunt generate în
cantităţi foarte mari în ţări ca Brazilia, Tailanda, India, Hawaii şi
sudul SUA. Teoretic, o tonă de bagase uscată poate genera circa 424
litri etanol. Alte produse lignocelulozice care pot fi folosite ca
surse de energie pot fi: reziduuri sau subproduse agricole: coceni de
porumb, paie de grâu sau orez; reziduuri forestiere; reziduuri din
industria de celuloză şi hârtie; plante ierboase energetice. Însă, spre
deosebire de amidon, care este un polimer omogen şi uşor de
hidrolizat, materia lignocelulozică vegetală conţine celuloză,
hemiceluloză, lignină şi alte componente greu de hidrolizat. Toate
aceste componente trebuie iniţial tratate chimic şi enzimatic până sunt
transformate în zaharuri care pot fi fermentate la alcool. Cu toate că
biomasa lignocelulozică este disponibilă în cantităţi foarte mari,
provocarea principală pentru a face produsul competitiv din punct de
vedere comercial este reducerea costurilor procesului de conversie a
biomasei la etanol. Deja sunt câteva proiecte finanţate pentru a
produce alcool ieftin din celuloză, în SUA ţelul fiind până în 2010 un
cost de producţie de 1,07 USD/galon etanol.
La Facultatea de Zootehnie şi Biotehnologii din cadrul USAMVB Timişoara se fac cercetări în acest sens de câţiva ani.
Cercetările efectuate de colectivul de la disciplinele de
Microbiologie Industrială şi Tehnologia Produselor de Biosinteză au ca
bază Colecţia de Microorganisme Industriale care este gestionată de
personalul din cadrul acestor discipline. Această bancă de celule
microbiene conţine peste 50 de tulpini de bacterii, drojdii şi fungi de
interes industrial şi agricol. Tulpinile sunt conservate atât prin
refrigerare, cât şi prin congelare. O parte dintre tulpini sunt
modificate genetic, în scopul ameliorării capacităţii productive a unor
substanţe biologic active. Cercetările efectuate de acest colectiv,
legate de domeniul biocombustibililor includ:
1. Aplicarea metodelor de ameliorare genetică prin selecţie
şi mutageneză a drojdiilor folosite în industria alcoolului şi ca
probiotice. În urma acestor lucrări au fost obţinute noi tulpini de Saccharomyces cerevisiae
din următoarele tipuri morfologice: tulpini de tip rugos, floculant,
preferate de producătorii de biomasă proteică furajeră sau de
producătorii de bere; şi tulpini de tip neted, nefloculant, care sunt
preferate de producătorii de alcool.
2. Ameliorarea genetică prin selecţie şi transformare a
microorganismelor producătoare de enzime hidrolitice (proteaze, amilaze,
celulaze). În acest scop au fost aplicate metode de:
- transformare directă a unor tulpini de Bacillus subtilis cu ADN cromozomal de la Bacillus globigii, în scopul ameliorării capacităţii de producţie a amilazelor;
- transformare prin electroporare, transformare de
protoplaşti şi transformare directă în prezenţă de cationi bivalenţi a
unor tulpini de Bacillus licheniformis cu ADN plasmidial în scopul ameliorării capacităţii de producţie a proteazelor.
- de asemenea au fost selecţionate tulpini de Trichoderma viride şi Aspergillus niger
producătoare de enzime celulozolitice necesare pretratării enzimatice a
biomasei lignocelulozice şi transformarea ei în glucide
fermentescibile.
3. Testarea tulpinilor de microorganisme la nivel de
laborator şi în bioreactor micropilot în vederea stabilirii capacităţii
de biosinteză în condiţii specifice industriale urmată de izolarea
produsului de interes din mediul de biosinteză.
|
|
|
Fungi celulozolitici
|
Drojdia S. cerevisiae
|
Drojdia S. cerevisiae
|
Cercetările realizate în acest domeniu
vor permite alinierea României la tendinţele actuale ale cercetării
ştiinţifice internaţionale în domeniul biotehnologiilor industriale
(grey biotechnologies) şi de mediu (green biotechnologies), de asemenea,
vor contribui la promovarea biotehnologiilor moderne cu aplicabilitate
practică în industria şi agricultura din ţara noastră. Cercetările
noastre se încadrează în priorităţile europene de cercetare, şi anume
în aria tematică nr. 2, Alimentaţie, agricultură şi biotehnologii,
subdomeniul 2.3. Ştiinţele vieţii şi biotehnologii pentru produse şi
procese ne-alimentare durabile.
|
|
Revizuirea Protocolului de la Kyoto
Toate tarile prezente la conferinta de la Bali, inclusiv
SUA, au ajuns la un consens care deschide o fereastra larga pentru un
volum mare de lucru, ale carui rezultate vor fi facute publice la
Copenhaga, in 2009.
Secretarul general ONU, Ban-Ki Moon, si presedintele
Indoneziei au reusit sa convinga tarile participante ca trebuie lansate
procesele pentru o mai buna implementare a masurilor de combatere a
schimbarilor climatice.
S-a stabilit ca trebuie urmate actiuni pentru prevenirea
schimbarilor climatice prin angajamente intre tarile in curs de
dezvoltare, prin eficientizarea tehnologiilor, prin cautarea
furnizorilor de surse financiare si, nu in ultimul rand, prin crearea
unui grup de lucru care va trebui sa stabileasca concret viziunea de
dupa anul 2009.
În urma conferintei de la Bali, care s-a incheiat în 15.12.
2007, s-a stabilit de asemenea, ca revizuirea Protocolului de la Kyoto
va avea ca scop intarirea sistemelor de implementare a proiectelor
necesare, bazandu-se, in acelasi timp, si pe o evaluare mult mai buna a
rezultatelor. Se vor crea noi elemente procedurale pentru angajamente
intre tarile dezvolate. Trebuie luata in considerare minimizarea
efectelor schimbarilor climatice asupra tarilor mici si statelor
insulare.
Concret, s-a creat un cadru general in spatele caruia va
urma o munca infernala care va stabili ce se va intampla dupa anul
2009.
Desi intelegerea de sambata nu prevede obiective concrete
de reducere a emisiilor de gaze cu efect de sera, asa cum a vrut
Uniunea Europeana, oficialii au salutat reusita demararii negocierilor
pentru acordul post-Kyoto.
|
|