Fra biogas til flybrændstof

Størrelse: px

Starte visningen fra side:

Download "Fra biogas til flybrændstof"

Joachim Karlsen
8 år siden
Visninger:

1 Bioteknologi 3 Figurer Tema 6 Fra biogas til flybrændstof Bioteknologi 3 ISBN: Nucleus Forlag ApS Eksemplarfremstilling af papirkopier/prints fra denne hjemmeside til undervisningsbrug på uddannelsesinstitutioner og intern administrativ brug er tilladt med en aftale med opydan Tekst & Node. Eksemplarfremstillingen skal ske inden for de rammer der er nævnt i aftalen.

undervisningsbrug på uddannelsesinstitutioner og intern administrativ brug er tilladt med en

2 E pot = m g h øjde h E kin = ½ m v 2 Figur 2. Forskellige typer af energi.

3 Mekanisk energi Termisk energi Kemisk energi Strålingsenergi Elektrisk energi Kerneenergi Lydenergi Figur 3. De syv energiformer.

4 a b Potentiel energi (E pot ) ΔE Potentiel energi (E pot ) ΔE Reaktionstid Reaktionstid Figur 4. Exoterm og endoterm reaktion.

5 mgivelser T p Varmeveksling System T p Volumenændring Figur 5. Totalsystem.

6 tons olieækvivalenter lie 34 % Gas 20,9 % Kul 26, 5 % Andet* 0,7 % Atomkraft 5,9 % Vandkraft 2,2 % Afbrænding af affald, halm m.m. i kraftvarmeværker 9,8 % *Andet inkluderer jordvarme, solenergi, vindkraft m.m. Figur 6. Verdens energiforbrug 2007.

7 Energikilde Benzin Flaskegas Fyringsolie alm ydrogen Kul Naturgas (Nordsøen) Råolie Svær fuelolie Træ Træflis Uran 235 For at fremstille 1 kwh skal der anvendes (ca.): 84 g 78 g 86 g 280 g 30 g 124 g 74 g 86 g 88 g 260 g 180 g 0, g Figur 7. Energiindhold i forskellige energikilder.

8 Indhold af i % Indhold af i % Indhold af i % Træ Tørv Brunkul Stenkul Antracit (hårdt stenkul) Diamant Figur 9. arbonrækken.

Stenkul 84 5 10 Antracit (hårdt stenkul)

9 ... S N 3 S S S N Figur 10. Kemisk opbygning af kul.

10 Brændstof Brændværdi i MJ kg -1 Brunkul Stenkul Antracit lie Naturgas < > 36 a Figur 11. Brændværdi af forskellige brændstoffer.

11 Kullagre 3000 Udledning fra fossile brændsler 6-8 lie- og gaslagre 300 Plantevækst og nedbrydning Biosfære Brande Atmosfære 750 0,5 Ændringer i jordanvendelse 1,5 Jord og organisk stof 1580 Jordatmosfære udveksling av-atmosfære udveksling 90 ydrosfære pløst organisk bundet carbon 700 Lithosfære: marint sediment og carbonatbjergarter astighed for udvekslingsprocesser meget hurtigt (under et år) hurtigt (1-10 år) langsomt ( år) meget langsomt (over 100 år) verfladevand ,5 Marine organismer 3 Udveksling mellem overfladevand og dybt vand 1,5 40 irkulation i overfladen 50 Sediment 150 Figur 12. arbons kredsløb.

000 pløst organisk bundet carbon 700 Lithosfære: marint sediment og carbonatbjergarter 66.000-100.000.000 astighed for udvekslingsprocesser meget hurtigt (under et år)

12 Fotosyntese: arbondioxid og vand omdannes vha. lysenergi til glucose, oxygen og vand Respiration: Fermentering: (ADP +P i ) ATP 2 2 Glucose omdannes aerobt til carbondioxid og vand samt meget energi (ADP +P i ) ATP (ADP +P i ) ATP (ADP +P i ) ATP Glucose omdannes anaerobt til henholdsvis ethanol, 2-hydroxypropansyre (mælkesyre) eller butansyre, samt lidt energi og rester i form af carbondioxid og hydrogen Figur 13. Fotosyntese, respiration og gæring.

carbondioxid og vand samt meget energi 6 12 6 + 2 (ADP +P i ) 2 3 + 2 2 + 2 ATP 6 12 6 + 2 (ADP +P i ) 2 3 + 2 ATP 6 12 6 + 2 (ADP +P i ) 3 7 + 2

13 Økosystem Biomasse (kg m -2 ) Nettoprimærproduktion (g tørstof m -2 år -1 ) Tropisk regnskov Tempereret løvfældende skov Nordlig nåleskov Tempereret græsområde Kornmarker , Figur 14. Økosystemers biomasse og nettoprimærproduktion.

nåleskov Tempereret græsområde Kornmarker 45 30 20 1,6 1 2200 1200

14 Atmosfære 2 og andre drivhusgasser 2 2 Figur 15. Drivhuseffekt.

15 Drivhusgas Naturlig forekomst Menneskeskabt stigning Globalt opvarmnings- Globalt opvarmningspotentiale på 20 år potentiale på 100 år arbondioxid ( 2 ) Methan ( 4 ) Dinitrogenoxid (N 2 ) ydrofluorcarboner (F) Perfluorcarboner (PF) Svovlhexafluorid (SF6) Figur 16. Drivhusgasser og deres opvarmningspotentiale.

Dinitrogenoxid (N 2 ) + + 289 298 ydrofluorcarboner (F) + 2330-12.000 675-14.

16 Årlig cyklus Jan. Apr. kt. Jan koncentration (ppmv) Figur 17. Stigning i atmosfærens carbondioxid.

1960 1970 1980 1990 2000 390 380 370 360

17 Næringsstoffer og katalysatorer Benzin-erstatning Flydende masse Brændstoffer Diesel-erstatning Destillation Kemikalier Flybrændstoferstatning Biomasse/ organisk stof Findeling Fermentering Figur 18. Produkter fra biobrændselsproduktion. Fast masse Tørring Foder Plastikprodukter Fibre

Flybrændstoferstatning Biomasse/ organisk stof Findeling Fermentering

18 Biodiesel Bioethanol Biobutan-1-ol Bioraffinaderi Biogas og ethanol Fermentering xidation Varme og el Biomasse Figur 19. Udnyttelse af biomasse.

19 1 ton våd biomasse i form af Kan omdannes til så mange m 3 biogas vilket svarer til så mange liter fyringsolie Kvæggylle Svinegylle Gødning fra erkræ Slagteriaffald, mave-tarmaffald Fedtholdigt slagteriaffald Fiskeolieaffald > > Figur 20. Typer af biomasse der kan omsættes til biogas.

mave-tarmaffald Fedtholdigt slagteriaffald Fiskeolieaffald 22 22 50-100 40-60 > 100

20 Gasrensning Gaslager Biogas Biomasse til gødning Fortanke Reaktortank Efterlagertank Figur 21. pbygning af et biogasanlæg.

21 Trin 1 Spaltning af makromolekyler (ydrolyse) Trin 2 Trin 3 Syredannelse Ethansyredannelse (Fermentering/acidogenese) (Acetogenese) Trin 4 Methandannelse (Methanogenese) Biomasse Proteiner arbohydrater Lipider Aminosyrer Saccharider Propan-1,2,3-triol Fedtsyrer Ethansyre, 2 Biogas 4, 2 Ethanol Flygtige fedtsyrer Ethansyre p 5,0-6,0 p 5,5-6,7 p 6,6-8,0 Figur 22. De fire trin i biogasfremstillingen.

22 rganisk stof 1 ydrolyse Aminosyrer, saccharider, propan-1,2,3-triol, fedtsyrer Ethanol Ethansyre 4 Biogas Figur 23. Biogasproduktion.

23 Bestanddel Biogas m 3 /kg VS 4 -indhold % 2 -indhold % Proteiner 0, Lipider 1, arbohydrater 0, Figur 24. Biogasudbytte og -sammensætning.

24 N Lidt 2 N 3 - N 2 + N 3 - Nitrifikation Ingen 2 N 3 - N 2 N 2 + N 2 Denitrifikation Lidt 2 Figur 25. Nettoresultat af kvælstofomsætning.

25 Kemisk opbygning af stivelse, amylose: 2 α(1,4)-glycosidbinding Rapsolie er opbygget af triglycerider, hvor ca. 7 % af fedtsyrekæderne er mættede, 58 % er monoumættede og 35 % er polyumættede Eksempler: exadecansyre (palmitinsyre) Z-octadec-9-ensyre (oliesyre) (9Z, 12Z)-octadeca-9,12-diensyre (linolsyre) ellulose β(1,4)-glycosidbinding Figur 26. Indhold af amylose, rapsolie og cellulose i hvede og raps.

26 Brændsel Brænde Træbriketter Træpiller alm, gul alm, grå avretræpiller vede Rug, 14 % vand Brændværdi MJ kg -1 12,0 18,0 17,6 14,4 15,0 17,2 14,5 15,8 Figur 27. Plantebrændsler.

27 Enzymer tilsættes Vand tilsættes Gær G r tilsættes Plantemasse Findeling pvarmning Fermentering Alkoholblanding prensning Plantefibre Saccharider Gær 99,7 vol. % bioethanol 99,7 vol. % bioethanol BundfaldB Destillation Afvanding Tørring Presning Kreaturfoder Figur 28. Fremstilling af 1. generations bioethanol.

28 Amylose α-amylase Dextrin Amyloglucosidase Amylopectin α-amylase Glucose Amyloglucosidase Figur 29. Enzymatisk spaltning af amylose og amylopectin. Glucose

29 Figur 30. Destillationsapparat. Tema 6

30 a b 2 Stivelse Saccharose Glucose Fructose Glucose Figur 32. arbohydratspaltning ved produktion af 1. generations bioethanol.

31 ellulose 3 3 emicellulose 3 Plantebiomasse Planteceller Plantecellevæg 3-(4-hydroxyphenyl)-prop-2-en-1-ol (p-cumarylalkohol) Lignin emicellulose 3-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)prop-2-en-1-ol (coniferylalkohol) 3 3-(4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl)prop-2-en-1-ol (sinapylalkohol) ellulosefiber Lignin 3 3 Figur 33. Lignocelluloses opbygning. Glucose

32 Findeling af planteaffald pvarmning og derved spaltning, evt. under tryk Enzymatisk spaltning til monosaccharider Frasortering af restmateriale, noget til foder andet til brændsel Fermentering af monosaccharider Frasortering af gærceller psamling af 2 Destillation af ethanol Figur 34. Fremstilling af 2. generations bioethanol.

33 ellulose Glucose Lignin emicellulose Glucose Galactose Mannose Xylose Arabinose m.fl. 3 3 Lignoler (coniferylalkohol, sinapylalkohol, p-cumarylalkohol) 3 Figur 35. Spaltning af lignocellulose ved produktion af 2. generations bioethanol.

34 3 3 Dieselolie Estergruppe 3 3 Biodiesel Propan-1,2,3-triol Triglycerid Figur 36. pbygning af dieselolie, biodiesel og triglycerid.

35 a b Triglycerid R R R R Methanol Katalysator Figur 37. Triglycerid og omdannelse af triglycerid. Propan-1,2,3-triol Methylester (biodiesel)

36 Glucose + 3 N oxopropanoat (pyruvat) 2-keto-isopentoat KD Valin Isobutyraldehyd AD 3 3 Isobutylalkohol Figur 38. Biosyntese af isobutylalkohol.

37 3 Figur 39. Butylalkohol.

Relaterede dokumenter

Introduktion til Sektion for Bæredygtig Bioteknologi Mette Lübeck

Introduktion til Sektion for Bæredygtig Bioteknologi Mette Lübeck Mette Lübeck 1 Sektion for Bæredygtig Bioteknologi Sektionens forskning kombinerer moderne bioteknologi med procesteknologi til udvikling