Danmark er et af de få lande, der ikke følger de anvisninger, EU har udstukket vedrørende brugen af bioethanol i transportsektoren (2 % af brændstoffet til transport skal udgøres af biobrændsel i 2005. I 2010 skal mængden være 5,75 %).

Der er i hele verden en stor fokus på bioethanol som erstatning eller supplement til benzin, som de fleste biler kører på i dag. Bioethanol er et godt supplement, da det kan produceres CO₂-neutralt.

Den benzin, som vores biler kører på i dag, er lavet ud fra olie, der pumpes op fra undergrunden. Når denne benzin forbrændes, udskilles en masse CO₂, som ellers aldrig ville have nået ud i atmosfæren. Derfor øges CO₂-koncentrationen i atmosfæren, og dette påvirker vores klima og vores jord.

Bioethanol er CO₂-neutralt

Bioethanol kan som tidligere nævnt produceres CO₂-neutralt. Der er forskellige måder at producere bioethanol på, men grundlæggende for ethanol-produktionen er, at der benyttes afgrøder fra landbruget, som derefter omdannes til ethanol. Den ethanol, der dannes fra afgrøderne, danner også CO₂, når den forbrændes i en motor, men til forskel fra benzinen er den kuldioxid, der udskilles, oprindeligt bundet i planten via fotosyntese, når planten vokser.

Forbrænding af bioethanol giver altså et CO₂-udslip, men det er CO₂ som oprindeligt fandtes i luften i forvejen, og derfor kan man sige at bioethanol er CO₂-neutralt. CO₂-koncentrationen i atmosfæren vil derfor ikke stige med forbrænding af bioethanol; den leveres bare tilbage til atmosfæren.

Fremstilling af bioethanol

I dag kan man producere ethanol på mange forskellige måder. Når man snakker om produktion af bioethanol til transportsektoren, er der især to metoder der er fokus på. Man benævner de to metoder: 1. og 2. generation af bioethanol.

1. generation bioethanol

1. generation af bioethanol bliver produceret ud fra stivelsesholdige afgrøder fra landbruget, såsom majs og korn, eller glukoseholdige afgrøder, såsom sukkerrør og sukkerroer. Stivelse er en glukose-polymer, der let nedbrydes til frie glukosemolekyler ved hjælp af enzymer. Glukose er et sukkermolekyle, som mikroorganismer – såsom gær og bakterier – kan omdanne til ethanol under særlige betingelser.

Denne proces kaldes fermentering, og kendes også fra produktionen af vin, hvor man tilsætter sukker til sin druesaft og lader gæren fermentere sukkeret til ethanol, som vi også kender som alkohol. 1. generation af bioethanol bliver produceret på samme måde.

Dog kan det være nødvendigt at få nedbrudt stivelsen til glukose, da gærceller ikke kan omdanne de lange glukosekæder til ethanol.

Dette er tilfældet med korn og majs. Det bliver først hakket og kogt. Hakning og kogning er med til at få frigivet stivelsen fra majsen eller kornet. Herefter tilsættes et enzym, eksempelvis α-amylase, der spalter stivelse til mindre glukoseenheder, som det er muligt for gær at optage og omdanne til ethanol.

Hvis man benytter sukkerrør som substrat, er det ikke nødvendigt at tilsætte enzymer. Ved at hakke og koge sukkerrør opnås en glukose-sirup, som gæren kan omdanne direkte til ethanol.

Gæren fermenterer, til der er opnået en alkoholprocent (ethanol) på 12. Herefter skal ethanolen isoleres, da det er vigtigt, at ethanolen er ren, når den skal bruges som brændstof. Derfor bliver gærcellerne først filtreret fra, hvorefter væsken destilleres. Ved destillation fjerner man vand for at opnå en højere ethanolprocent.

Til sidst har man en væske af ethanol med et meget lille indhold af vand. Denne ethanol kan tilsættes til benzin.

2. generation bioethanol

2. generation bioethanol produceres ikke ud fra stivelses- eller sukkerholdige afgrøder. Tværtimod bliver denne generation bioethanol fremstillet ud fra affald fra landbruget, halm og træspåner.

Halm består af lignocellulose. Lignocellulose er en betegnelse for cellulose, hemicellulose og lignin, og det udgør 75-98 % af alle planter. Forholdet mellem cellulose, hemicellulose og lignin varierer dog fra plante til plante. Cellulose udgør 35-40 % af halm og er også en glukose-polymer som stivelse. Cellulose har glukosemolekyler sat sammen i en anden type kemiske bindinger end stivelse, hvilket gør det utroligt svært at få frigivet glukosen, så den kan omdannes til ethanol.

Dette kender vi faktisk fra os selv. Hvis vi spiser en kartoffel, så kan den α-amylase, der dannes i vores mund, nedbryde kartoflen til sukker molekyler, som vores krop kan omdanne til energi. Hvis vi derimod spiser et stykker træ, kan vores spyt (og hermed α-amylasen) ikke nedbryde cellulosen i træet til glukose. Derfor vil vores krop ikke kunne optage og nedbryde glukos molekylerne fra træet, fordi vores enzymer ikke er i stand til at nedbryde den særlige bindingstype. Derfor skal der findes en anden måde at frigive glukosen i træet.

Hemicellulose udgør 20-30 % af halm og består af mange forskellige sukkermolekyler som for eksempel xylose, glukose, mannose, galaktose og arabinose. Lignin udgør 25-30 % af halm og består ikke af nogen sukkerarter. Lignin er det molekyle, som stiver planten af, og beskytter den mod angreb fra mikrober og oxidation. Fordi lignin er bygget af en stabil og kompleks struktur, er det stor set umuligt at nedbryde eller ødelægge lignin. Derfor kan lignin ikke omdannes til ethanol. Lignin besværliggør frigivelsen af cellulose og hemicellulose fra planten, da dets funktion netop er at beskytte planten.

Processen fra halm til bioethanol

I dag har man udviklet en metode til at omdanne halm til ethanol, men det er en teknik, som stadig kun bruges på forsøgsstadiet. Derfor er det indtil videre kun afprøvet i mindre tanke, men det menes at teknikken vil være færdigudviklet og klar til produktion i stor skala indenfor de næste 5 år.

Først skæres halmen i små stykker og lægges i vand. Herefter koges suppen under højt tryk i 10-15 minutter. Dette kræver selvfølgelig noget energi at koge denne suppe, og energien leveres fra et kraftværk. Dog vil der i sidste ende af denne proces dannes et fast brændstof, som netop kan benyttes af kraftværkerne til at danne ny energi, der kan koge mere halmsuppe. Derved skal der ikke tilføres udefrakommende energi og processen er selvforsynende.

Efter kogning presses halmsuppen mod en vandstrøm, der herved vil slide på halmen og ødelægge strå-strukturen. Denne første del nedbryder en del af hemicellulosen og cellulosen til fibreklumper, dog er ligninen stadig intakt. Den smule væske, der er tilbage efter kogning, indeholder en del sukre, som ved inddampning danner melasse, der kan bruges som foder til husdyr.

Fibreklumperne overføres til en forflydnings-tank, og der tilsættes en række forskellige enzymer (cellulase, hemicellulaser, peroxidaser og laccaser). Enzymerne nedbryder fiberklumperne, så suppen bliver mere ensartet/homogen i takt med, at cellulosen og hemicellulosen nedbrydes til sukkerarterne glukose og xylose.

Nu er suppen klar til at blive tilsat en mikroorganisme, så glukosen og xylosen kan omdannes til ethanol. Ofte benytter man gærtypen S. cerevisiae, som man også kender fra ølproduktion og bagegær. Problemet med S. cerevisiae er, at den kun kan omdanne glukose og ikke xylose til ethanol. Det betyder, at der går en masse xylose til spilde, som kunne være omdannet til ethanol, hvilket ville give en bedre udnyttelse af halmen. Derfor leder man efter en organisme, der kan omdanne begge sukkertyper. Yderligere forsker man også i at finde nogle nye enzymer til nedbrydning af lignocellulosen, så ethanoludbyttet bliver større.

Efter fermentering følger filtrering og destillation, ligesom ved produktionen af 1. generations bioethanol. Det affald, der bliver tilbage, efter ethanolen er separeret fra, er en tyktflydende masse, der kan adskilles til en fast og en flydende masse. Den faste masse kan tørres og afbrændes på kraftværker. Den flydende masse kan inddampes til melasse og bruges som foder til husdyr.

Fordele og ulemper

Det bliver diskuteret i hele verden, hvorvidt man skal satse på 1. eller 2. generation bioethanol. Der er fordele og ulemper ved begge produktionsmetoder, men faktum er, at bioethanol er det eneste alternativ til benzin lige nu. Derfor har EU udstukket nogle anvisninger til EU-landene om nogle mål for erstatning af benzin i transportsektoren med bioethanol. Det er derfor nødvendigt, at landene tager stilling til, hvordan de vil fremskaffe den ethanol, der skal blandes i benzinen.

1. generation

Fordele

• Teknologien er allerede i brug og benyttes mange steder i verden.
• Det er muligt at danne meget ethanol, og tilsætte det til benzinen med det samme.
• EU-anvisningerne kan opfyldes nu.

Ulemper

• Der benyttes fødevarer til produktionen. Dette skaber et moralsk dilemma, eftersom folk dør af sult rundt omkring i verden.
• Eksporten af fødevarer til ulandene vil blive mindre, da det i stedet vil blive brugt i ethanolproduktionen.
• Produktionen kræver store mængder afgrøder, hvilket lægger et pres på landbruget, der skal levere afgrøderne.

2. generation

Fordele

• Produktionen benytter ikke fødevarer, men derimod affald og halm fra landbruget. Derved undgås dilemmaet omkring hungersnød i forskellige dele af verden.
• Store mængder affald fra landbruget koster en masse ressourcer, da det skal fragtes væk til afbrænding andre steder i verden. I stedet kan det benyttes her i landet.

Ulemper

• Teknologien er ikke færdigudviklet og kan derfor ikke benyttes til storproduktion endnu. Dog forventes det, at teknologien er klar om cirka 5 år.

Flexi-fuel

Rigtige mange lande benytter allerede bioethanol som en erstatning i deres brændstof. Brasilien har det største og mest succesfulde bioethanolprogram i verden. I 1977 indførte Brasilien ved lov, at der skulle tilsættes 20 % ethanol i benzinen. Dette kunne gøres, da det ikke er nødvendigt at ændre motoren i bilerne for, at de kan køre på en blanding af ethanol og almindelig benzin.

Dog er man begyndt at producere nogle biler, Flexifuel-bilen, som kan køre på brændstof, der indeholder alt fra 0-100 % ethanol.  Nogle stater i USA har også indført ved lov, at der skal blandes 10 % ethanol i benzinen. I EU er forgangslandene Sverige, Tyskland, Frankrig og Spanien.

 

Læs mere om energiproduktion og biobrændsler

Energiproduktion
Biobrændsler – en oversigt
– Biobrændsler til kraftvarmeværker
– Biodiesel
— Biodiesel fra alger
– Bioethanol (denne side)
— Debatoplæg: Hvorfor kører danske biler ikke på bioethanol
– Biogas
— Biogas fra gylle

 

Denne artikel stammer oprindeligt fra Climate Minds, som er udviklet af Experimentarium i samarbejde med Dansk Energi og Energyminds.