Biobränslen -- ordet verkar magiskt. Det för tankarna till sjungande fåglar, klarblå himmel och global lycka. På något sätt kan vi förvandla växter och annat organiskt material till något för att driva våra bilar och samtidigt rädda planeten.
Men det är inte alls magi. I den här artikeln kommer vi att diskutera vad biobränslen är, vad de inte är och hur de utnyttjas från biomassa (det vill säga organiskt material från växter och djur). Vi kommer också att prata om löften och avvägningar för de viktigaste typerna av biobränslen.
Först och främst, vad är biobränslen? Enligt US Department of Energy (DOE) är de förnybara fasta, gas- eller flytande bränslen som utvecklats från växter och organiskt material som kan bearbetas till producerat bränsle för att driva våra bilar och stadsjeepar, värma upp våra bostadsutrymmen eller driva maskiner. Förnybar i denna mening betyder det att vi får resurserna att göra bränslet från något som vi enkelt kan fylla på på en ganska kort tid - som växter. Även om olja och naturgas också kommer från växter, är dessa inte förnybara eftersom det skulle ta miljontals år att förnya vårt utbud av dessa fossila bränslen.
I decennier har husägare haft möjlighet att använda fast bränsle som trä eller majspellets - även om det på sistone har blivit ett mer populärt sätt att hjälpa till att kompensera för de vilda svängningarna i eldningsoljepriserna. För transportändamål är etanol de absolut vanligaste biobränslena som används idag (en form av alkohol framställd av stärkelse eller socker) och biodiesel (ett bränsle baserat på olja, fetter eller fetter).
Att spåra produktion av biobränsle är ännu inte en exakt vetenskap på grund av de många metoder som används för att producera det, men data för den totala produktionen och konsumtionen av biodiesel och etanol är tillförlitliga. Efter att ha sjunkit en aning i mitten av 1990-talet är etanolproduktionen i USA på rekordnivå. Biodieselproduktionen i USA sköt i höjden från 2 miljoner gallon 2002 till 700 miljoner gallon 2008, enligt National Biodiesel Board, en amerikansk industriorganisation.
Visst, alternativa bränslen kan vara väldigt användbara, men hur omvandlar de egentligen biomassa till något användbart?
Etanol, ibland känd som spannmålsalkohol, tillverkas genom att jäsa växtmaterial. Traditionellt sett har detta inneburit att man jäser den förbrukningsbara delen av grödorna, särskilt från majs eller sockerrör.
En stor nackdel med detta är att det inkräktar på matförsörjningen för människor och boskap. Ny forskning fokuserar istället på att använda cellulosabiomassa , som består av icke-livsmedelsdelar av växter som majsstjälkar]. Processen går ut på att omvandla växtmaterialet till glukos, som sedan kan fermenteras som vilket annat socker som helst, vilket ger etanol. Lignin, en biprodukt av processen, förbränns för att ge energi för att fullborda processen.
Även om det kan användas som bränsle i sin rena form, kombineras biodiesel vanligtvis med bensin. Alla bensindrivna fordon kan ta lättillgänglig gasohol , en blandning av 90 procent bensin och 10 procent etanol. Flexbränslefordon kan också använda det som kallas E85-bränsle , en blandning av 85 procent etanol och 15 procent bensin.
Till skillnad från etanol har biodiesel bara tagit fart i USA sedan omkring 2005. Vetenskapen bakom är också mycket nyare och lite mer komplex. De flesta metoder för att producera biodiesel i USA börjar med sojaolja eller använd vegetabilisk olja, även om andra oljor och till och med alger också kan användas.
Enligt National Sustainable Agricultural Information Service kombineras oljan med en alkohol, vanligtvis metanol eller till och med etanol. En katalysator som kaliumhydroxid eller natriumhydroxid (lut) används för att påbörja processen som kallas transesterifiering , som producerar biodieseln, med glycerol skapad som en biprodukt.
Liksom etanol kombineras biodiesel vanligtvis med petroleumbaserat bränsle, vilket tillåter användning av alla dieselfordon. Den vanligaste mixen kallas B20 , vilket återspeglar en blandning av 20 procent biodiesel och 80 procent petroleumdiesel. Modifierade fordon kan använda B100 , eller 100 procent biodiesel, för att driva dem på vägen.
Etanol och biodiesel är två bränslen som får mycket av äran, men det finns mycket mer i biobränslebilden. I nästa avsnitt kommer vi att utforska några andra alternativ för biobränsle.
Att göra biodiesel av använd vegetabilisk oljaVill du säga hejdå till bensinstationen? Gå med i den växande legionen av människor som tillverkar biodiesel hemma av använd vegetabilisk olja. Du behöver metanol, en stark katalysator (lut fungerar) och massor av säkerhetsåtgärder. Tillbehören är lättillgängliga. Litteratur finns i överflöd om processen, så läs upp, köp dina förnödenheter, var försiktig och förbered dig på att förklara ditt bränsleoberoende.
Biobränslen är inte begränsade till våra bilar och lastbilar. I det här avsnittet tar vi en titt på några nya sätt som biobränslen kommer in i våra liv.
Människor har samlats kring vedeldar sedan tidernas gryning. Trä är lätt att arbeta med, lätt att bränna och lätt att byta ut (i alla fall med rätt resurshantering). Det som är annorlunda idag är utvecklingen av ett brett utbud av pellets för att mata vedeldade kaminer. Dessa kaminer blir också mycket effektivare när det gäller att bränna grejerna. Det amerikanska energidepartementet rapporterar att en pelletskamin på 42 000 Btu kan värma ett 1 300 kvadratmeter stort hus -- dessa enheter producerar till och med mindre föroreningar och har lägre underhållskrav. Medan träpellets gjorda av komprimerat sågspån är de vanligaste, kan vissa kaminer också använda bränsle tillverkat av majs, returpapper, nötskal och till och med torkade körsbärsgropar.
En något mindre berömd teknik tar fast avfall som gödsel från boskap eller kommunalt avfall och fångar upp de gaser som släpps ut som en del av den naturliga anaeroba nedbrytningsprocessen. Denna biogas innehåller höga halter metan, som kan användas som bränsle. En briefing från det ideella Environmental and Energy Study Institute 2010 rapporterade att 151 anaeroba kokare (anläggningar som fångar upp biogasen från nedbrytning) var i drift i USA, som alla använde animaliskt avfall som basmaterial.
Medan många avfallsbehandlingsanläggningar traditionellt bränner av biogasen, blir den alltmer erkänd som en annan potentiell del i energipusslet när vi strävar efter att hitta en mer permanent energilösning.
Många av de teknologier som för närvarande utvecklas för att stödja implementering av biobränslen är på god väg, men kan de verkligen hjälpa miljön och ge en realistisk lösning på våra energibehov? Hur kommer det att hjälpa oss? Vi ska ta en titt på det i det sista avsnittet.
Det finns ett högt krav på energilösningar idag:de måste vara effektivare och rädda planeten. Kan biobränslen verkligen rädda dagen? Som du kanske förväntar dig finns det inget enkelt svar, och i slutändan är de bara en bit i ett mycket större energipussel.
Miljömässigt bidrar inte användningen av biobränslen till koldioxiden i atmosfären eller bidrar till den globala uppvärmningen. Växter absorberar kol när de växer och släpper ut det när de omvandlas till energi. Likaså konsumerar djur växter, som de omvandlar till fetter och avfall (bland annat), så kolet från växterna frigörs igen när dessa produkter omvandlas till energi.
Kol har varit instängt i kol och andra fossila bränslen i miljontals år, och det stannar där tills vi drar upp det ur marken för att brinna. Även om kolet i dessa bränslen en gång fyllde luften, var det inte en del av atmosfärens nuvarande årliga cykel.
Ur politisk synvinkel innebär att använda resurser som finns tillgängliga i det egna landet mindre beroende av utländska resurser som råolja. Att fylla en del av behovet av denna energi med förnybara biobränslen hemma skulle kunna bidra långt mot att minska internationella spänningar.
Biobränslen är också fördelaktiga för ekonomin eftersom den inhemska karaktären hos de resurser som krävs för att utnyttja dem ligger inom lokala jordbruks- och skogsregioner.
Hittills har ingen enskild bränslekälla - biobränsle, fossilt bränsle, vind, sol eller kärnkraft - kunna ge svaret på alla våra energibehov. Förbättringar inom teknik gör det dock snabbt lättare att utnyttja biobränslen och gör det möjligt för deras utveckling att bidra till en ljusare framtid.
