Biodiesel and bioethanol Biobrændstoffer Biodiesel and bioethanol

Gruppeopgave Hvad bruger vi energi til? Hvilke energikilder kender I? Lad eleverne gå sammen to og to i 5-10 minutter og besvare spørgsmålene. Lav en fælles opsamling i klassen. Transport, opvarmning, etc.

Oversigt over verdens energiforbrug Kilde: http://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/Energy-economics/statistical-review-2014/BP-statistical-review-of-world-energy-2014-full-report.pdf For opdaterede versioner: www.bp.com – Skriv ”statistics” i søgefeltet Forklar hvad der her menes med renewables (wind, geothermal, solar, biomass and waste).

Oversigt over Danmarks energiforbrug - fordelt på brændsler http://www.ens.dk/sites/ens.dk/files/info/tal-kort/statistik-noegletal/aarlig-energistatistik/energistatistik2013.pdf Vedvarende energi omfatter her vindkraft, træ, halm, biogas, bionedbrydeligt affald og andet (vandkraft, geotermi, solenergi og varmepumper)

Fossile brændstoffer FOSSILE BRÆNDSTOFFER stammer fra organismer, der har levet for millioner af år siden. Eksempler på fossile brændstoffer: kul, olie, naturgas,

Biobrændstoffer BIOBRÆNDSTOFFER stammer fra organismer, der har levet for nylig. Eksempler på biobrændstoffer: træ, halm, biodiesel, bioethanol, biogas Biodiesel

Energi, vand og CO2 Både fossile brændstoffer og biobrændstoffer indeholder kulstof (C) og brint (H) så derfor udvikles der CO2 og vand ved forbrændingen. Samtidig frigøres energi. Energi, vand og CO2 Der udvikles CO2 - uanset om man brænder biobrændstoffer eller fossile brændstoffer af. Forskellen er…

Fossile brændstoffer er ikke CO2-neutrale Når man brænder fossile brændstoffer af, stiger koncentrationen af CO2 i luften

Biobrændstoffer er CO2-neutrale Når træ – eller et andet biobrændstof – brændes af, udvikles kun den mængde CO2, som træerne (planterne) har bundet ved fotosyntesen, mens det voksede. Derfor stiger CO2- koncentrationen ikke.

Politiske målsætninger Den øgede CO2-mængde i atmosfæren bidrager til drivhuseffekten/global opvarmning. EU’s klimapolitik har følgende overordnede mål reduktion af drivhusgasser anvendelse af vedvarende energi øget energieffektivitet.  Landbruget kan spille en rolle her ved at dyrke afgrøder, der helt eller delvis kan anvendes til energifremstilling. Diskuter i klassen hvad der forstås ved de tre punkter, og bed eleverne komme med eksempler. Nævn evt. at der kan være flere grunde end klimaforandringer til at nedsætte forbruget af fossile brændstoffer. Fossile brændstoffer er en begrænset ressource og forsyningen af fossile brændstoffer sker delvis fra politisk ustabile lande.

Nogle udvalgte biobrændstoffer Brændselstype Kilde Kan erstatte/supplere Biodiesel Vegetabilske olier og animalsk fedtstof Diesel Bioethanol Korn, majs, græsser, halm, sukkerrør, pil, rest-træ (kulhydraterne) Benzin Biogas Gylle, halm, fedtaffald, græsser, valle (org. affald) Naturgas I det følgende ser vi på hvordan man kan producere biodiesel og bioethanol

Hvordan fremstiller man biodiesel? Fedtstof Ethanol Biodiesel

Hvilke slags fedtstoffer kan bruges? F.eks. Animalsk fedt (slagteriaffald) Brugt fritureolie Rapsolie Diskuter brugen af disse fedtstoffer

Præsenter evt. forsøg med biodiesel

Fremstilling af ethanol Alkohol/ethanol kan fremstilles ved forgæring af sukker. Udgangspunktet behøver ikke være rent sukker, men kan være biomasse/plantemateriale der er rigt på kulhydrat. Det er dog ikke lige meget, hvilket udgangsmateriale der vælges Sukker Fermentering Alkohol (ethanol) Ethanol eller alkohol er et stof der kan dannes ved fermentering af sukker Grundlæggende er det den samme proces som er i spil ved fremstilling af vin: her tilsætter man sukker og gær til sin druesaft og lader gæren fermentere sukkeret til ethanol. Typen af kulhydrat har betydning for hvor let det er at fremstille bioethanol. For at forstå hvorfor kan man kigge lidt på opbygningen af kulhydrat.

De følgende slides giver en kort oversigt over kulhydraters opbygning De følgende slides giver en kort oversigt over kulhydraters opbygning. I stedet for at vise dem, kan man sætte eleverne til selv at finde information om kulhydrater. Typer, struktur, hvor findes de osv.

Kulhydrater Kulhydrater er stoffer, der er opbygget af kulstof, ilt og brint. Kulhydrater opdeles i monosakkarider, disakkarider og polysakkarider. Et eksempel på et simpelt kulhydrat er druesukker (glucose), som er det sukkerstof der opbygges i fotosyntesen. Druesukker molekylet er opbygget som én seksleddet ring. Find evt. mere detaljerede figurer af kulhydrater på nettet…

Kulhydrater Andre kulhydrater som frugtsukker (fructose) er opbygget som femleddede ringe. Druesukker og frugtsukker er eksempler på monosakkarider. Mono betyder en og fortæller, at stofferne kun indeholder én sukkerring.

Sukker Almindeligt sukker (sucrose) og sukkersstoffet består af to sukkerringe, der er bundet sammen. Derfor kaldes de disakkarider (di betyder to)

Polysakkarider Polysakkarider er stoffer, der er opbygget af mange sukkerringe (poly betyder mange). Stivelse er et eksempel på et polysakkarid, der er opbygget af lange kæder af druesukker . . . . . . .

Polysakkarider Et andet eksempel på et polysakkarid, der er opbygget af druesukkerkæder er cellulose, som findes i planters cellevægge. Bindingerne mellem druesukkermolekylerne er ikke så lette at nedbryde som i stivelse. Denne forskel har også betydning ved fremstilling af bioethanol. . . . . . . . Kan eksemplificeres: Vi kan godt fordøje stivelse, men ikke cellulose. Nævn evt. drøvtyggere…

Fremstilling af bioethanol Sukker Fermentering Alkohol (ethanol) Ethanol eller alkohol er et stof der kan dannes ved fermentering af sukker (øverste figur). Fremstillingen af bioethanol sker også ved fermentering. Udgangspunktet her er ikke rent sukker, men biomasse/plantemateriale, der er rigt på kulhydrat. Afhængig af hvor let kulhydraterne i biomassen kan udtrækkes skal der en forbehandling til før selve fermenteringsprocessen. Forbehandling afhænger af biomassens beskaffenhed. Herom senere. Biomasse Sukker Fermentering Alkohol (ethanol) Forbehandling Ved forbehandlingen klippes polysakkariderne over i monsakkarider inden selve fermenteringen. Forbehandlingen kan være mere eller mindre energikrævende afhængig af biomassen

1. generations bioethanol Råstoffet er f.eks. sukkerrør og sukkerroer (indeholder kulhydrat i form af sukker) majs eller korn (indeholder kulhydrat i form af stivelse) Her kræves kun en let forbehandling, da stivelse let kan nedbrydes. Korn, majs og sukkerrør anvendes i dag flere steder i verden til produktion af bioethanol; f.eks. i Brasilien og USA. Disse biomasser karakteriseres ved at indeholde tilgængelige kulhydrater, som relativt let kan udtrækkes og omdannes af mikroorganismer til ethanol ved fermentering. Anlæg, der bruger substrater af denne type, kaldes førstegenerations bioethanolanlæg. I brugen af majs og sukkerrør er det kun majskornet hhv. det sukkerholdige indre af sukkerrøret, der anvendes, mens resten af planten er affald. Majskornet indeholder kulhydraten stivelse, som er et polysakkarid af glukose. Spørg eleverne om mulige ulemper ved metoden. Svar: man bruger spiselige afgrøder til energifremstilling, og man udnytter ikke det hele. Biomasse Sukker Fermentering Alkohol (ethanol) Let forbehandling

2. generations bioethanol Råstoffet er f.eks. halm, stængler fra majsplanter, træ (indeholder kulhydrat i form af lignocellulose) Disse plantedele indeholder kulhydrater som er svære at udtrække og omdanne til ethanol = energikrævende forbehandling Fordele: Materialet er restaffald, forekommer i rigelige mængder og er billigt. I andengenerations bioethanolanlæg kan man udnytte biomasser hvor kulhydraterne er ikke lettilgængelige som i majs og sukkerrør. Kulhydraterne er svære at få fri, fordi de er bundet i en kompakt kemisk struktur kaldet lignocellulose. Til gengæld er substraterne meget billige og rigelige biomasser, typisk restprodukter eller såkaldte energiafgrøder fra landbruget. Det kunne være piletræ, stænglerne fra majsplanter, halm eller forskellige græsplanter. Lignocellulose udgør 75-98 % af alle grønne planter og er i kraft heraf det mest udbredte biologiske materiale på Jorden! Lignocellulose omfatter de tre makromolekyler cellulose, hemicellulose og lignin, som i plantens cellevæg danner en tæt kemisk struktur og gør væggen stiv. Cellulose udgør 35-40 % af halmstrå og er modstandsdygtig over for mikrobielle og kemiske angreb. Hemicellulosen udgør 20-30 % af halmstrået Lignin står for de sidste ca. 20-25 % af halmstrå: lignin er ikke opløseligt i vand. I modsætning til cellulose og hemicellulose består lignin ikke af kulhydrater. Biomasse Sukker Fermentering Alkohol (ethanol) Krævende forbehandling

IBUS-anlægget – et andengenerationsanlæg der bruger halm Forbehandling af halmen: Snitning (1-5 cm lange stykker) Iblødsætning i vand Kogning af ”halmsuppen” under højt tryk (190-200 °C, 13-18 bar) 10- 15 minutter Kulhydraterne i den kogte ”halmsuppe” nedbrydes af en række tilsatte enzymer til sukker I et andetgenerationsanlæg skal de sværttilgængelige kulhydrater (lignocellulose) nedbrydes til sukker før fermenteringen kan ske. Dette trin udgør det mest komplicerede af alle i processen og har derfor været målet for intensiv forskning. Hvordan kan man på den energimæssigt billigste måde opbryde den stærke kemiske struktur i lignocellulosen og derved få frigivet de værdifulde monosakkarider? Her gives et eksempel på hvordan det gøres i det danske IBUS-demonstrationsanlæg (http://www.climateminds.dk/?id=710)

IBUS-anlægget – fermentering og restmateriale Efter forbehandlingen er sukkeret klar til at blive omdannet til ethanol ved hjælp af gær. Efter fermentering, en filtrering og destillation får man ren bioethanol. Der er et restmateriale efter produktionen i form af et fast biobrændsel og flydende melasse: Biobrændslet bruges som energikilde til forbehandlingen og destillation. Melassen kan bruges som foder . Efter fermenteringen er en tykflydende rest, som indeholder 60 % lignin og rester af hemicellulose. Denne rest separeres i en fast og en flydende fraktion. Den faste fraktion tørres og er hermed opgraderet til et fast biobrændsel af høj kvalitet. (Biobrændslet har højere brændværdi end halm. Desuden indeholder det mindre salt (primært kaliumklorid) end halm. Reduktion af KCl betyder, at korrosion i kedlerne kan undgås. Reduktionen sker i kraft af iblødsætningen og kogningen, hvorunder salte vaskes ud af halmen.) Dette brændes i kraftværket, og bidrager dermed bl.a. til at danne den nødvendige energi til forbehandlingen og destillationen. Den våde fraktion inddampes delvist til melasse, og en del af denne melasse recirkuleres ind i processen, idet den indeholder aktive enzymer. Den udtagne melasse kan bruges i dyrefoder. En figur over anlægget kan ses her (desværre ikke så tydelig) http://www.google.dk/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAQQjBw&url=http%3A%2F%2Fwww.climateminds.dk%2Ftypo3temp%2Fpics%2F1758423c54.png&ei=InyRVbbvNcbxUvGugrgM&bvm=bv.96783405,d.d24&psig=AFQjCNE860OogSoW34BydsVL_wUmgMbdMA&ust=1435684249957789