Получение этанола — путь к энергетической независимости и экологичности

Этанол или этиловый спирт широко используется человеком на протяжении тысячелетий. Однако в последнее время значение этанола возросло. Он стал важным химическим сырьем и альтернативным экологичным топливом.

В этой статье речь пойдет о способах получения этанола из возобновляемых источников, таких как растительное сырье. Это важно для снижения зависимости от ископаемого топлива и уменьшения вредных выбросов в атмосферу.

Рассмотрим подробно процессы, лежащие в основе производства «зеленого» этанола, и перспективы его применения.

Спиртовое брожение растительного сырья

Спиртовое брожение — это процесс расщепления сахаров, содержащихся в растительном сырье, до этанола и углекислого газа с помощью дрожжей. Основным сырьем для получения этанола традиционно служат злаковые культуры, содержащие крахмал — пшеница, рожь, кукуруза, а также свекла и другие культуры.Процесс спиртового брожения состоит из нескольких этапов:

1. Подготовка сырья — дробление, размол, смешивание с водой до получения сусла
2. Осахаривание крахмала ферментативным или кислотным гидролизом с получением сбраживаемых сахаров — глюкозы и фруктозы
3. Собственно спиртовое брожение — расщепление сахаров дрожжами с образованием этанола и углекислого газа

В качестве основных дрожжей-ферментов используют вид Saccharomyces cerevisiae, которые сбраживают гексозы. Полученную после брожения жидкость называют бражкой, она содержит 8-12% этанола. Для повышения концентрации спирта используют простую перегонку-ректификацию.

Переработка биомассы в этанол

Одним из наиболее перспективных и экологически чистых способов, как получить этанол является переработка растительной биомассы. Этот процесс основан на получении этанола путем спиртового брожения сахаров, содержащихся в сельскохозяйственных культурах.

В качестве сырья для производства этанола чаще всего используют:

• зерновые культуры (пшеница, рожь, кукуруза)
• сахарный тростник
• сахарную свеклу
• картофель
• фрукты

Переработка биомассы включает следующие этапы:

1. Подготовка сырья — измельчение, дробление
2. Гидролиз углеводов до простых сахаров с помощью ферментов или кислот
3. Сбраживание сахаров дрожжами с «получение этанола»
4. Отделение этанола от бражки и его очистка

Таким образом, переработка растительной биомассы является одним из наиболее «экологичных» и возобновляемых способов как получить этанол.

Этанол как моторное топливо

В настоящее время этанол активно используется в качестве экологически чистого моторного топлива для автомобилей. По сравнению с традиционным бензином, этанол обладает рядом преимуществ:

• Этанол является возобновляемым топливом, которое можно производить путем получения этанола из растительного сырья
• При сгорании этанола выделяется значительно меньше вредных веществ, чем при сгорании бензина
• Использование этанола в качестве топлива снижает зависимость от нефти и повышает энергетическую безопасность

Однако у этанола есть и недостатки по сравнению с бензином:

• Меньшая энергоемкость — для пробега такого же расстояния требуется больший объем этанола
• Более низкая летучесть, что затрудняет запуск двигателя в холодную погоду
• Агрессивность по отношению к некоторым материалам, используемым в двигателях

Чтобы совместить достоинства обоих видов топлива, наиболее распространены автомобили, работающие на смесях бензина и этанола. Наиболее часто используются:

• E5 — 5% этанола, 95% бензина
• E10 — 10% этанола, 90% бензина
• E85 — 85% этанола, 15% бензина

Помимо использования в чистом виде и в смесях с бензином, этанол также может применяться как добавка-оксигенат для бензина. Оксигенаты способствуют более полному сгоранию топлива, снижая выбросы вредных веществ.

Для широкого использования этанола в качестве моторного топлива необходимо решить ряд технологических задач:

• Создание высокоэффективных технологий «получение этанола» из дешевого растительного сырья
• Конструирование двигателей, оптимизированных для работы на смесях бензина и этанола
• Развитие инфраструктуры для транспортировки и хранения этанола

Таким образом, несмотря на ряд недостатков, этанол является многообещающим экологичным моторным топливом будущего.

Применение этанола в химической промышленности

Помимо использования в качестве топлива, этанол находит широкое применение в различных отраслях химической промышленности. Этанол можно рассматривать как универсальное сырье для производства целого ряда ценных химических веществ.

Важнейшие области применения этанола в химической промышленности:

• Производство уксусной кислоты методом карбонилирования этанола
• Получение этилацетата — растворителя широкого назначения
• Синтез этилена путем дегидратации этанола

Кроме того, этанол используется как сырье или растворитель для производства:

• Пластмасс и полимерных материалов
• Моющих и чистящих средств
• Косметики и парфюмерии
• Лекарственных препаратов

Для нужд химической промышленности огромные объемы этанола производятся методом гидратации (получение этанола из этилена). Однако в последнее время все большее внимание уделяется использованию этанола, полученного из возобновляемого растительного сырья.

Перспективным направлением является создание биотехнологических кластеров, сочетающих производство этанола из биомассы и его дальнейшую химическую переработку на месте. Это позволит существенно повысить рентабельность таких производств за счет комплексного использования сырья и снижения логистических издержек.

В целом, развитие получения этанола из возобновляемых источников открывает новые возможности для химической промышленности, делая ее более экологичной и независимой от ископаемого углеводородного сырья.