Ethanol er et biobrændstof, der kan drive en bil. Lær om enzymer, katalysatorer og processer som fermentering involveret i ethanolproduktion. I mange dele af Canada er marker med majs eller hvede almindelige seværdigheder. Når du ser disse marker, tænker du måske på mad. Men disse korn er ikke længere kun til toast og cornflakes. De ender også i canadiernes brændstoftanke, i form af ethanol.
Ethanol er en flydende alkohol. Den kan bruges som benzin i køretøjer med forbrændingsmotorer. Disse motorer komprimerer flydende brændstof og antænder det med en gnist. Dette skaber en forbrændingsreaktion, som frigiver energi. Forbrændingsmotorer fanger denne energi til at drive køretøjet. Ethanol er kendt som et første generations biobrændstof. Denne type brændstof er lavet af kilder som stivelse, sukker og vegetabilske olier. Det fremstilles kommercielt ved at nedbryde majs og hvede. Ethanolproduktionsanlæg betragtes som bioraffinaderier. Det er fordi de omdanner kornbiomasse til biobrændstof ved hjælp af enzymer og levende mikroorganismer.
Hvordan fremstilles ethanol?
Inputmaterialet til fremstilling af ethanol kaldes råmateriale. Forskellige ethanolproduktionsfaciliteter bruger forskelligt råmateriale. Faciliteter i Ontario og Quebec bruger hovedsageligt majskerner. Faciliteter i det vestlige Canada bruger hovedsageligt hvedekerner. Dette skyldes den geografiske fordeling af majs- og hvedelandbrug i Canada. Processerne er grundlæggende de samme for majs, hvede og andre typer råmaterialer. Lad os bruge majs som et eksempel på råmateriale.
Der er seks hovedtrin i ethanolproduktionsprocessen.
Formaling: Hele majskerner males i en form for mel eller mel. Måltidet er hovedsageligt stivelse. En stivelse er et kulhydrat, der består af lange kæder af sukkermolekyler.
Liquefaction: Vand tilsættes måltidet for at lave “gylle”. Opslæmningen opvarmes for at bryde de lange stivelsesmolekyler i mindre stykker. Enzymet alfa-amylase tilsættes for at katalysere (eller fremskynde) nedbrydningen af stivelsesmolekylerne.
Forsukring: Stivelsesmolekylestykker nedbrydes til den simple sukkerglukose. Denne reaktion katalyseres af et enzym kaldet glucoamylase.
Fermentering: Enkelcellede mikroorganismer kaldet gær tilsættes gyllen. Fermentering er den biokemiske proces, der opstår, når gær nedbryder glukose. Gær får energi fra glukose. Som et resultat produceres der ethanol.
Destillation og dehydrering: Produktet af fermenteringsprocessen er kun 10-15 % ethanol. Det skal koncentreres for at blive ren (100%) ethanol. Ethanol har et lavere kogepunkt end vand. Det er selektivt fordampet og kondenseret i en proces kaldet destillation. Denne proces producerer ethanol, der er 95 % ren. De resterende 5 % af blandingen er vand. Blandingen sigtes og dehydreres for at producere ren ethanol.
Denaturering: En lille mængde benzin tilsættes til brændstofethanol for at gøre det udrikkeligt.
Der er to hovedbiprodukter af majsethanolproduktion: kuldioxid (CO2) og destillationskorn. CO2 produceres af gær som et biprodukt af fermenteringsreaktionen. Det frigives ofte til atmosfæren. Men det kan også fanges og bruges til andre formål. For eksempel:
- fremstilling af kulsyreholdige drikkevarer
- fremstilling af tøris (frossen CO2) til brug til køleopbevaring
- understøtter fotosyntese i vegetabilske drivhuse
Destilleriets korn er rester fra gæringstankene. De indeholder alle de ikke-fermenterbare komponenter i majskernerne, plus den tilsatte gær. Destilleriets korn er værdifulde som en højproteiningrediens i husdyrfoder.
Ethanol blandes med benzinen, der bruges i vores køretøjer, for at producere et mere miljøvenligt brændstof. Størstedelen af køretøjer fremstillet efter 1980’erne kan køre på en blanding af benzin, der består af 10 % ethanol (E10).
Ethanol er en vedvarende ressource. Det er derfor, regeringer over hele verden opfordrer folk til at bruge ethanol i stedet for fossile brændstoffer. I Canada har den føderale regering et sæt retningslinjer kaldet Clean Fuel Standards. Det tilskynder folk til at bruge brændstoffer med en højere blanding af ethanol.
Nogle mennesker har på den anden side bekymringer om at bruge ethanol som brændstof. For eksempel er der bekymringer om mængden af energi og jord, der kræves for at dyrke ethanolråvareafgrøder. Selv med disse bekymringer er ethanolbaseret brændstof stadig et vigtigt alternativ til fossile brændstoffer!