0 Resumé. Global opvarmning er et stigende problem i hele verden. Vi har i denne rapport valgt at sætte fokus på CO 2

Transkript

1 1

2 0 Resumé Global opvarmning er et stigende problem i hele verden. Vi har i denne rapport valgt at sætte fokus på CO 2 -udledningen der kommer fra vores transportmidler, og vi har derfor arbejdet imod at finde frem til et alternativ til vores benzin og diesel. Et alternativ, som ikke indebærer vores fossile brændstoffer, et biobrændstof. Det stof, som i vores optik var mest aktuelt, når vi ledte efter et alternativt produkt til en biomasse var tang. Tang egner sig på mange måder rigtig godt til bioethanol, og generelt til miljøvenlig energiproduktion. I løbet af rapporten har vi belyst både fordele og ulemper, og perspektiveret til andre lign. forsøg og allerede eksisterende produktioner, som f.eks. MacroAlgeBiorefinery. I rapporten forefindes en forsøgsrapport, over et forsøg, hvor vi dannede bioethanol ud fra sukker, fordi at fremgangsmåden minder meget om den man bruger, når man fremstiller bioethanol ud fra tang. Under punktet prototype har vi indsat et skema over, hvordan vi step for step ville have dannet vores egentlige produkt, hvis vi havde haft de nødvendige enzymer til rådighed. Med diagrammer viste vi Danmarks samlede CO 2 -udslip og Danmarks CO 2- udslip fra transport, som viste os, at i år 2014 stammede 38% af det samlede CO 2 -udslip fra transportsektoren. Til sidst konkluderede vi, at der altså er både positive og negative sider ved anvendelsen af tang til bioethanol, og satte disse lidt op imod hinanden, for at komme frem til, at det altså ér en mulighed, som vi højst sandsynligt snart ser mere til. 2/18

3 1 Indledning 1.1 Indholdsfortegnelse 0 Resumé 2 1 Indledning Indholdsfortegnelse Problemformulering Emnebegrundelse 4 2 Forord 4 3 Teori Transportmidler Tang 6 4 Modeller Danmarks samlede CO2-udslip Danmarks CO2-regnskab for transport 7 5 Forsøgsrapport Formål Hypotese Teori Materialer Metode Resultater Diskussion Konklusion Referencer 10 6 Prototype - afprøvning 11 7 Diskussion 12 8 Perspektivering 13 9 Konklusion Litteraturliste Vores vejledere Afsluttende kommentar 16 Bilag A 17 Bilag B 18 Bilag C 19 3/18

4 1.2 Problemformulering Det brændstof vi bruger til vores motordrevne transportmidler udleder for meget CO 2, det belaster vores ozonlag, og drivhuseffekten stiger og stiger for hver dag der går. Findes der alternativer til benzin og diesel, som udleder mindre CO 2, og hvordan kunne et sådan se ud? 1.3 Emnebegrundelse Vi synes, at det er et problem at, benzin- og dieseldrevne transportmidler slipper så meget CO 2 ud i atmosfæren. Derfor vil vi prøve at finde en alternativ løsning - et CO 2 -neutralt brændstof. Vi synes at det er en interessant problemstilling, fordi at problematikken omkring lige præcis dette, er så omtalt og så alvorligt et problem, som det er. Vi valgte også denne problemstilling, fordi vi ønskede at udfordre os selv, og fordi vi vidste, at vi med dette fokus, alle ville være nødsaget til at søge ny viden, og dermed lære en masse nyt. 2 Forord Transportens CO 2 -udledning fyldte i 2014 hele 38% af Danmarks samlede CO 2 -regnskab. (Se afsnit 4 Modeller, for uddybelse og kilde). Dét mener vi er et problem, specielt når der fiændes alternativer til brændstof som er CO 2 -neutrale. Den globale opvarmning vokser konstant, og nogle forskere mener, at hvis ikke der sker nye fund, vil vi snart løbe tør for ét af vores vigtigste fossile brændstoffer - nemlig olien. Lige nu står det sådan til, at der hver dag bruges tre til seks gange så meget olie som der findes, og det er spået at vi allerede om 40 år kan risikere at løbe tør for det sorte guld. Så der hersker ingen tvivl om, at vi har brug for et alternativ. Vi har brug for bioethanol, dannet af et stof, som vi ikke kommer til at mangle andre steder. Biobrændstoffet skal være CO 2 -neutralt, og så må det ikke optage noget af den plads vi bruger til at dyrke vores afgrøder. Der findes sådan et produkt: Tang. Måske er tang, vejen frem mod et CO 2 -venligt brændstof, så vi kan sænke vores CO 2 udslip, ikke bare i 1 Danmark - men i hele verden? I løbet af rapporten vil vi mange gange omtale carbondioxid, men vi har valgt at skrive formlen CO 2, når vi nævner molekylet. 3 Teori 3.1 Transportmidler Vi belaster vores miljø i stigende grad, drivhuseffekten forstærkes og der sker voldsomme klimaforandringer på jorden. Når vi tager en tur i vores bil, f.eks. ned til supermarkedet for at 1 4/18

5 købe ind, forurener vi vores miljø. Det CO 2 som vi udleder ved at køre i vores biler, skyldes jo brugen af vores fossile brændstoffer. Ved at skifte fra fossile brændstoffer, til en form for biodiesel, kan transporten, eller i hvert fald transportens brændstof, blive CO 2 -neutralt. Der er stor forskel på, hvor meget forskellige transportmidler forurener. Fly ligger på førstepladsen på skalaen over de mest forurenende transportmidler pr. passagerkilometer, de er stærkt efterfulgt af toge, lige derefter har vi personbiler og nederst på listen har vi cyklen, 2 som det eneste transportmiddel der er angivet på denne liste, der slet ikke forurener. Selv hvis man kun ser på personbiler, er der voldsomme forskelle at finde. Forskelle som f.eks. om bilen kører på benzin eller diesel, hvor langt den kører på literen og hastigheden bilisten vælger at kører. Bilens mærke - og dermed bilens størrelse og motor har også en hel del at sige om, hvor forurenende den er. Se f.eks. dette skema, (for større udgave, se Bilag 3 A): I Europa står hver borger for udledning af ca. 11 ton drivhusgas om året, hvoraf de 9 ton er 4 CO 2. (I Danmark 6,78 ton pr. indbygger). CO 2 er en af de gasser der sammen med metan (CH 4 ) og dinitrogenoxid/lattergas (N 2 O) som udgør de drivhusgasser, og det er netop de gasser der omtales, når man taler om drivhuseffekten. Gasserne fungerer som et spejl - der sender solens stråler, som allerede har er-din-bil#.wjn1lhvhbez 4 %99%C3%83%E2%80%A0%C3%A2%E2%82%AC%E2%84%A2%C3%83%C6%92%C3 %A2%E2%82%AC%C5%A1%C3%83%E2%80%9A%20%C2%A5ske-mere-co2-end-du-tr 5/18

6 ramt jorden og er på vej tilbage til atmosfæren - tilbage til jorden igen. Spejlet forhindrer varmen i at forlade jorden, og derfor dannes global opvarmning. I vores forsøg prøvede vi at fremstille bioethanol. Bioethanol kan bruges som et alternativ til fossile brændstoffer. I dag kører alle biler i Europa på benzin med en blanding af ethanol på minimum 5% da det er et lovkrav fra EU. En blanding op til 15% ethanol ville kunne bruges i personbiler 3.2 Tang Måske er tang løsningen på vores problem. I hvert fald er der rigtig mange fordele ved søplanten. Den vokser under vand, og optager dermed ikke den landbrugsjord, der allerede er kamp om, til dyrkelse af afgrøder. Tang er hurtigvoksende og kan vokse sig op til 40% større om dagen. Dyrkningen af tang kræver hverken kunstgødning eller sprøjtemidler, og der er dermed endnu en bonus for vores jord. Hele processen, fra frø til stor plante, kræver ingen ferskvand, og der ser vi endnu engang en kæmpe fordel. Tang består af procent kulhydrater, og det er lige netop dém, man udnytter til energi. Biomasse fra tang indeholder aske, salt, vand og proteiner i en relativ stor procentdel, hvorimod indholdet af fedt er meget lavt. Tang kan udnytter til mange forskellige former for bioenergi via både termiske og biologiske konverteringer. Der hersker dog ingen tvivl om, at det er ved de biologiske konverteringer tangen giver størst udbytte. Udbyttet når der laves biogas er næsten på højde med gylle, græs og halm, og når man ser på det, med dét i mente at der ved produktionen af tang ikke er brugt hverken jord, dyr eller ressourcer i form at traktorer e.lign., er det et meget lovende resultat. Miljømæssigt set er der altså mange fordele ved at udnytte tang til produktion af energi, men økonomien er fortsat en udfordring. En anden udfordring er manglen på udvikling af specifikke enzymer til nedbrydning af de forskellige kulhydrater som tang indeholder. En af de helt store ulemper ved brugen af tang, er at biomassen er våd, så der vil komme ekstra omkostninger, fordi en tørring, som kræver et uforholdsmæssigt højt niveau af energi, er nødvendig. 4 Modeller 4.1 Danmarks samlede CO 2 -udslip Danmarks samlede CO 2 -udslip er fra 1972 til 2014 faldet med tons. Til gengæld er procentdelen af det samlede udslip, der stammer fra transport, steget markant. 6/18

7 Udledningen fra transport er over perioden steget med lidt under 50 procent, men er faldet siden Det skyldes en kombination af mere effektive biler og iblanding af 5 biobrændstoffer i al benzin og diesel. energi og olieforum, eof.dk (For større udgave af diagrammerne, se Bilag B) 4.2 Danmarks CO 2 -regnskab for transport Tabellen og diagrammet her viser udviklingen i CO 2 -udledningen fra transporten i Danmark fra år 2000 til år Den totale CO 2 -udledning var i år 2000 ca ton, helt præcist 12067,08 ton. I år 2013 var den totale udledning 11651,98 tons, hvilket vil sige at det er faldet med ca 400 ton. Men ser vi på alle tallene, kan vi se at udledningen steg helt op til 12988,77 ton i år 2008, og at den først fra år 2011 igen var under ton /18

8 På graferne kan vi se at det i år 2000 var fra benzindrevne transportmidler, der blev udledt mest CO 2, men de to grafer krydser lige omkring halvvejs inde i år 2002, og i 2013 er det dieseldrevne transportmidler der udleder klart mest CO 2. Faktisk er differencen her helt oppe på 3.329,1 tons. Dette skyldes dog højst sandsynligt, at der i perioden fra år 2000 og frem, er kommet markant flere dieseldrevne transportmidler til. (For større udgave af diagrammet, se Bilag C). Faldet i CO 2 -udledningen fra transportsektoren bremsede en smule op i 2015, og var på niveau med Det skal sammenholdes med, at trafikken på de danske veje steg med næsten 3 procent i Den samlede udledning er fortsat under niveauet i Siden udledningen toppede i 2007, er den faldet med mere end 15 procent. Faldet skyldes et lavere forbrug af benzin og mere energieffektive køretøjer i kombination med, at der nu blandes 5 procent bioethanol i benzin 6 og 7 procent biodiesel i diesel. Energistyrrelsen og energi og olieforum, eof.dk 5 Forsøgsrapport 5.1 Formål - Formålet med dette forsøg, er at vise den metode, man skal bruge til at fremstille alternativt ethanol fra tang. Det vises så i dette forsøg med en gæringsproces af sukker og gær. Det vil vise konceptet af fremgangsmåden for gæringsprocessen med tang /18

9 5.2 Hypotese - Det forventes at gæret reagerer med sukkeret, og skaber CO 2 i processen, der så viser at de har reageret. Der skulle gerne have været dannet alkohol i kolben, med gær og sukker, der så kan destilleres til ethanol. 5.3 Teori - I forsøget skal vi fremstille alkohol, ud fra sukker. Mængden du skal bruge af sukker, til at lave en mængde af bioethanol, som faktisk kan blive brugt som brændsel, er ret stor, da der skal meget sukker til at lave det. Sukkeret(Sukrose C 12 H 22 O 11 ) blandes med H 2 O i en kolbe, hvor der tilsættes bagegær. Gæret går i reaktion med sukkeret, og danner Ethanol, og CO 2. C 12 H 22 O 11 + H 2 O -> 4 OH + C 2 H 5 4 CO 2 Reaktionen skal stå i cirka en uge, hvor vi så herefter kan se at der er dannet alkohol, da kalkvandet har dannet bundfald i cylinderglasset, på grund af CO 2 som reagerede med kalken. Vi kan herefter tage blandingen med alkohol, og destillere ethanolen fra vandet og blandingen, så vi kan få ren ethanol som vi kan bruge. Den destillerede væske du står tilbage med, kan vi så teste væsken for indholdet af ethanol ved at antænde det og se om det kan brænde. 5.4 Materialer Til Gæringsprocessen Vand Sukker Gær Kolbe Prop med hul Slange Glasrør Cylinderglas Kalkvand Næringssalt Til Destilleringen Kolben med alkohol Dobbelt hullet prop Reagensglas Cylinderglas Vand Slange Glasrør Termometer Bundselbrænder (og tændstikker) Trefod Stativ 5.5 Metode - I kolben tilsætter du vand med en temperatur på omkring 30 grader C. Efter det tilsættes gær og sukker i kolben. Kolben lukkes med prop, og der føres et gummirør 9/18

10 fra kolben over i et cylinderglas med vand. Når der begynder at komme bobler i cylinderglasset, betyder det at gæringen er gået i gang. Det er tegn på at CO 2 dannes i kolben. Blandingen skal være i gang i godt en uge. Efter at blandingen har stået i godt en uge, skulle der gerne nu være dannet alkohol/ethanol i kolben. Du skal nu have destilleret ethanolen, ved at varme det op til ethanols kogepunkt, ved 80 grader. Ved at varme ethanolen op til 80 grader, imens du sørger for at du ikke får det op på 100 grader, kan du fordampe ethanolen væk fra blandingen. Sådan kan du destillere ethanolen. 5.6 Resultater - Efter at gæringsprocessen er færdig, og man har destilleret ethanolen, kan man bruge den rene ethanol som brændstof i en motor. 5.7 Diskussion - Fejlkilder: Hvis forsøget står for længe, kunne det CO 2 som blev dannet i kolben, og som der havde dannet bundfaldet, fjerne bundfaldet igen da det også opløser det igen. - Under destillationen kan det gå galt, hvis temperaturen bliver for høj, og begynder at fordampe vandet sammen med ethanolen, så det ikke er ren ethanol du står tilbage med i reagensglasset. 5.8 Konklusion - Vi har fundet frem til at der er blevet dannet alkohol i kolben, når vi tilsætter gær og sukker, der kan reagere sammen, og at det kan destilleres til ethanol, så vi fuldføre vores forsøg på at lave Bioethanol. 5.9 Referencer - Forsøgsbeskrivelsen af forsøget Opstillingen 10/18

11 1. billede viser opstillingen til gæringen. 2. billede viser vores bevis for, at vi har dannet ethanol, idét at væsken kan brænde. 3. billede viser destilleringen af ethanolen. 6 Prototype - afprøvning Vi nåede ikke frem til en prototype af vores bioethanol, fordi vi ikke havde de fornødne enzymer til rådighed. Ellers ville vi have afprøvet vores bioethanol på en motor fra en havetraktor, og dermed have vist, at vores produkt virkede. 7 Fremgangsmåden vi ville have brugt til at fremstille vores bioethanol ud fra tang, var denne : 7 Diskussion Hvad mener de forskellige forskere, og hvilke dilemmaer opstår, når vi snakker om at udnytte tang som biomasse til energiproduktion? Engelske forskere har i projektet Supergen påvist, at man kan sænke udslippet af drivhusgasser med 77 procent ved at erstatte naturgas med energi fra brunalger dyrket i 8 havet. Og har man sådan en mulighed, bør man vel tage den, eller hvad? 7 Magnus tidligere forsøg på gymnasiet /18

12 Tang er en potentiel god energikilde, da den kan anvendes både til varme, elektricitet og biobrændstof. Tang optager heller ikke landbrugsjord, der kunne bruges til fødevareproduktionen. Historisk har tang været anvendt som brændsel, men tang har en dårlig brændværdi, så det er ikke effektivt. Derfor er der mere perspektiv i at bruge tang som bioethanol. Det er imidlertid ikke helt enkelt at lave bioethanol af tang, da kulhydrater i tang er mere komplekse end kulhydrater i planter. Derimod vil det formentlig være lidt lettere at 9 udnytte tang til biogasproduktion. 8 Perspektivering Her i Danmark, er adskillige forskningsprojekter allerede i gang, forskningsprojekter hvis formål er at vurdere de energi- og miljømæssige perspektiver i at bruge biomasse fra tang til forskellige projekter. Fælles for alle disse ér, at de har til formål at udvikle produkter der er mere miljørigtige end de løsninger der allerede findes. Nogle af projekterne er: /18

13 MacroAlgeBiorefinery, som arbejder med forskellige løsninger til udvindelse af mest muligt energi fra tangen, og med fokus på dyrkning, produktion af bioehtanol, fiskefoder og bæredygtighedsvurdering. 10 KOMBI (GUDP) et vandrensningsprojekt hos Fredericia Spildevand af Vandsektorens Teknologiudviklingsfond, som arbejder med opdræt af tang til 11 rensning, foder og konsum. Alger til Biogas af Region Midtjyllands vækstforum, som arbejder med formålet om at sikre en frontposition i Region Midtjylland i udvikling af energi- og miljøteknologi 12 baseret på akvatisk biomasse. Danmarks Miljøundersøgelse, Risø DTU og Teknologisk Institut samarbejder om det hidtil største danske forskningsprojekt om brugen af tang og alger til energiformål. Projektet har til formål at undersøge potentialet for anvendelse af søsalat til energiproduktion i form af bioethanol og restprodukterne kan anvendes til biogas. Nordisk 13 Folkecenter for Vedvarende Energi, folkecenter.dk Selve idéen om udnyttelse af tang til bioethanol, vil kunne bruges i hele verden. Pga. en af de helt store fordele ved tang, som er, at tangen dyrkes på havbunden - eller i vand, er der på verdensplan rig mulighed for plantning, idet at 70 procent af jordens overflade er dækket af vand. Selvfølgelig er det ikke muligt at dyrke tang på hele dette areal, men det ér muligt, på kæmpe store arealer. Landene hvor dette er mest aktuelt, vil være de lande, hvor der virkelig kan mindskes en masse CO 2 -udslip på transportområdet, og dermed altså de lande hvor der udledes mest. Ud i fremtiden er der rig mulighed for anvendelse af tang som biomasse til bioethanol, og som det ser ud nu, tyder alt på, at der inden for få år vil ske en kæmpe udvikling, inden for dette område. 9 Konklusion At lave bioethanol af tang, er altså teoretisk set, en smart og CO 2 -neutral idé. Tanget bliver ikke en mangelvare, fordi der er så meget af det, der ikke bliver brugt, og der kan dyrkes en masse nyt. Tang vokser meget hurtigt, langt hurtigere end størstedelen af andre planer, og så optager den ikke landbrugsplads, idet tang vokser i vandet, hvilket er endnu en klar fordel ved at benytte tang til dannelse af bioethanol, derudover kræver tang hverken kunstgødning, sprøjtemidler eller ferskvand. Tang er miljømæssigt set er super godt produkt, til bioethanol on%20Cultivation%20Bioethanol%20Production%20Fish%20Feed%20and%20Sustainability%20Ass esment%20(2)%20anbj.pdf /18

14 Mængden af bioethanol, der kan opnås, per del tang der bruges er høj, så også dér ses en klar fordel ved tang, fordi at der så ikke skal bruges voldsomme mængder af biomasse til fremstillingen af bioethanolen. Problematikken ved idéen om at lave bioethanol af tang, går på selve råvaren. Tang er der masser af, men man skal også tænke på, hvad man sætter ind i det, og hvad man får tilbage af det. Det er relativt let at lave tang om til bioethanol, som vi kan pumpe lige ind i vores benzintanke. Spørgsmålet er, hvor effektivt det er, i forhold til hvad det kræver at fremstille det. Energien man bruger til at udvinde bioethanol fra forskellige råvarer differerer fra den enkelte råvarer. Når man har fremstillet bioethanolen varierer effekten ikke. Det handler hovedsageligt om produktionen af bioethanolen. Der er også det med generation 2, inden for bioethanol, at det endnu ikke er færdigudviklet, så man er ikke begyndt at anvende det i store mængder endnu. 10 Litteraturliste Energi - og Olieforum Energistyrrelsen Nordisk folkecenter for Vedvarende Energi Astra - tidskriftsartikel Tang som bæredygtig energikilde. Skrevet af: Annette Bruhn - forsker ved Aarhus Universitet, Institut for Bioscience og AlgeCenter Danmark. Sidsel Sode - cand.scient. i marin biologi, Orbicon A/S. Michael Bo Rasmussen - seniorforsker ved Aarhus Universitet, Institut for Bioscience og AlgeCenter Danmark. Anne-Belinda Bjerre - seniorkonsulent ved Teknologisk Institut. Preben Birr-Pedersen er direktør i BiRR The Macroalge Biorefinery Fremtiden for dyrkning af tang i havet v/susan Løvstad Holdt, Tangekspert, gæsteforsker Fiskeindustriel Forskning/Division of Seafood Research DTU Fødevareinstituttet Torben Jørgensen - Fysik/Kemi-lærer Vibeke Jørgensen - Biologilærer 14/18

15 10.1 Vores vejledere Vi har haft to vejledere tilknyttet imens vi har lavet dette projekt, som vi har kunne spørge til råds og spare med undervejs. Magnus Fink - HTX 2.g Emilija Jonciauskaite - STX 2.g 11 Afsluttende kommentar Vi har efterfølgende fået et tilbud om, at komme ud på Thisted Gymnasium, for at prøve at fremstille bioethanol af det tang vi har skaffet. Et tilbud, som vi selvfølgelig har takket ja til, og som vi glæder os til at benytte. Dér får vi også muligheden for at undersøge fordele og ulempe ved forskellige enzymers nedbrydning af tangen, og vi vil prøve på at finde en løsning til dannelse af bioethanolen som ikke er så omkostningsrig, og som ikke kræver så voldsom varmepåvirkning. Vi glæder os til at arbejde videre med vores projekt, og er spændte på at se, hvor langt vi kan nå med det. 15/18

16 Bilag A 16/18

17 Bilag B 17/18

18 Bilag C 18/18