Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

11/19/20091 Biotechnológiák az energiaiparban SAPIENTIA ERDÉLYI MAGYAR TUDOMÁNYEGYETEM Általános biotechnológia előadás.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "11/19/20091 Biotechnológiák az energiaiparban SAPIENTIA ERDÉLYI MAGYAR TUDOMÁNYEGYETEM Általános biotechnológia előadás."— Előadás másolata:

1 11/19/20091 Biotechnológiák az energiaiparban SAPIENTIA ERDÉLYI MAGYAR TUDOMÁNYEGYETEM Általános biotechnológia előadás

2 2 Mi jellemzi a 21. századot? 1. Globális környezeti és energiaválság  a fosszilis energia használata súlyosan veszélyezteti a környezetet, ráadásul a készletek kimerülőben vannak  megújuló energiaforrásokat hasznosító piacképes biotechnológiai eljárások szükségesek

3 3 BIO- VEGYIPAR EGÉSZSÉG ENERGIA MEZ Õ ÕGAZDASÁG KÖRNYEZET GÉNTERÁPIA BIOTÁRSADALOM BIO- ALAPANYAG ENERGIA TECHNOLÓGIA IPAR EGÉSZSÉG ENERGIA GAZDASÁG KÖRNYEZET BIOETANOL METÁN ÚJ GYÓGYSZEREK DIAGNOSZTIKA KÖRNYEZETVÉDELEM REZISZTENS NÖVÉNYEK TRANSZGÉNIKUS ÁLLATOK ÁLLATEGÉSZSÉGÜGY BIOGÁZ ÉLELMISZERIPAR Vörös biotech egészségügyi felhasználású termékek Fehér biotech ipari felhasználású termékek Zöld biotech mezőgazdasági, élelmiszer és környezeti felhasználású biotechológia BIO- ALAPANYAG ENERGIA TECHNOLÓGIA IPAR EGÉSZSÉG ENERGIA GAZDASÁG KÖRNYEZET BIOETANOL METÁN ÚJ GYÓGYSZEREK DIAGNOSZTIKA KÖRNYEZETVÉDELEM REZISZTENS NÖVÉNYEK TRANSZGÉNIKUS ÁLLATOK Vörös biotech egészségügyi felhasználású termékek Fehér biotech ipari felhasználású termékek Zöld biotech mezőgazdasági, élelmiszer és környezeti felhasználású biotechológia ÁLLATEGÉSZSÉGÜGY BIOGÁZ ÉLELMISZERIPAR 2. A 21. század a biotechnológia százada

4 4 Megújuló energiaforrások  olyan közeg, természeti jelenség, melyekből energia nyerhető ki  ismétlődően rendelkezésunkre áll  jelentősebb emberi beavatkozás nélkül legfeljebb néhány éven belül újratermelődik  A legfontosabb megújuló energiaforrások: 1. napenergia (naperőmű: napelem, napkollektor); 2. vízenergia (vízerőmű: árapály-energia, hullám energia); 3. szélenergia (szélturbinák); 4. geotermikus energia; 5. biomassza → bioetanol, biodiesel, biohidrogén

5 5 Mi a biomassza? Minden növényi vagy állati eredetű szerves anyag. Növényi biomassza források: -Fák, gabonák, algák -Minden faipari, mezőgazdasági melléktermék és hulladék -Kommunális hulladékok rostosanyag tartalma Fotoszintézis a növényi biomassza termelése. H 2 O ásványi anyagok CO 2 O2O2 Növényi biomassza

6 6 Biomassza  a nap-, illetve szélenergiával szemben szállítható, tárolható, így folyamatos energiaellátást tesz lehetővé  eltérő technológiai eljárásokkal előállítható belőle hő-, villamos energia vagy üzemanyag → univerzálisan felhasználható

7 7 A biomassza energiatartalma hasznosítható  Közvetlen tüzeléssel (előkészítéssel vagy anélkül): tűzifa apríték, fűrészüzemi hulladékok, szalma, energiafű, illetve ezekből előállított pellet  Kémiai átalakítás után éghető gázként, vagy folyékony üzemanyagként: cukortartalmú növények, zöld növényi hulladék, állati szennyvíziszap, trágya  Alkohollá erjesztéssel üzemanyagként: magas cukortartalmú (cukorrépa, cukornád), magas keményítőtartalmú (kukorica, burgonya, búza) vagy magas cellulóztartalmú (szalma, fa, nád, energiafű) növények  Növényi olajok észterezésével biodízelként: olajtartalmú növények (pl. repce, oliva, napraforgó)

8 8 A biomasszából nyerhető anyagok cellulóz  cukrok hemicellulóz  etanol, butanol lignin  ragasztóanyagok cukor  bioalkohol (fermentációval) olajok  biodízel (átészterezéssel) biogáz (anaerob fermentációval)

9 9 Bioetanol  Olyan nagyrészt etil-alkoholból álló üzemanyag, melyet biológiailag megújuló energiaforrások (növények) felhasználásával nyernek abból a célból, hogy benzint helyettesítő, vagy annak adalékaként szolgáló motor-üzemanyagot kapjanak  Alapanyaga: magas cukortartalmú növény (pl. cukorrépa, cukornád) vagy olyan anyagot tartalmazó növény, melyet kémiai-biológiai reakciók sorozatával cukorrá lehet alakítani (pl. keményítő-tartalmú növények: kukorica, búza, burgonya stb., cellulóz-tartalmú növények: fa, fűfélék, gabonaszárak, szalma )

10 10 Alkohol-előállítás lignocellulózokból Enzim- fermentáció Lignocellulóz alapanyag Előkezelés Pentóz fermentáció Hidrolízis Hexóz fermentáció Hasznosítás (?) Desztilláció EtOH ! Elválasztás, mosás Cellulóz Pentóz Lignin Celluláz enzimmel vagy savasan

11 11 A technológiai folyamat Előnyei  elvileg semleges hatású az üvegházhatásra  a tiszta bioetanol-felhasználás 17%-kal fogná vissza az üvegházhatású gázok kibocsátását?  bioetanol nyersanyagát ásványkincsekben szegény, mezőgazdasági területeken is elő lehet állítani Hátrányai  a gyártási folyamat fajlagosan magas villamosenergia- és hőenergia igényű, a kinyert energia %-os arányban sokkal kisebb mértékben haladja meg a befektetett mennyiséget, mint a hagyományos energiahordozóknál.  élelmezési célra használható növényeket, táplálékokat felhasználni üzemanyag-gyártás céljára akkor, amikor a Föld jelentős népessége éhezik – egy etikai vonzatú dilemma

12 12 Biodízel  növényi olajokból vagy (állati) zsírokból rövid lánchosszúságú mono-alkohollal (metanol, etanol) átészterezéssel (transzeszterifikációval) előállított észter alapú bioüzemanyag dízelmotorok számára  fosszilis hajtóanyag helyettesítéseként, vagy azzal keverve annak pótanyagaként használható  használata azért előnyös, mert a kőolajjal szemben, a biodízel alapanyagai viszonylag gyors biológiai folyamatoknak az eredménye

13 13  a zsiradék szennyező anyagainak eltávolítása  katalizátor jelenlétében reagáltatják a zsiradékot metanollal, vagy etanollal  Katalizátor: lúg, erős ásványi sav  A folyamat mellékterméke: glicerol (glicerin), a reakció-edény alján gyűlik össze és onnan eltávolítható Milyen hasznos termékekké alakítható át ez a glicerin felesleg? A biodízel előállítása:

14 14 A biodízel alkalmazási lehetőségei:  elsősorban jármű hajtóanyag helyettesítésére vagy pótlására  álló (stationary) dízelmotorok üzemeltetésére (pl. hálózattól távoli önálló villany generáló telepeken alkalmaznak)  egyéni központi fűtésre

15 15Biogáz  szerves anyagok baktériumok által anaerob körülmények között történő lebontása során képződő termék  3 típusát különböztetik meg:  szennyv í z-iszap biog á z (szennyv í z g á z)  mezőgazdas á gi biog á z (biog á z)  szem é ttelepi biog á z (depóniag á z) Összetevői% CH 4 50 – 75 CO 2 25 – 50 N2N2N2N2 0 – 10 H2H2H2H2 0 – 1 H2SH2SH2SH2S 0 – 3 O2O2O2O2 0 – 2

16 16 A biogáz-termelés szakaszai  2 lépésben történik a biogáz-termelés :  közönséges anaerob baktériumok a polimereket savakká, etanollá, hidrogénné és szén-dioxiddá hidrolizálják (fermentáció)  metánképződés: a széndioxid metanogén baktériumok hatására hidrogénnel metánná redukálódik. A széndioxid egy része azonban visszamarad.

17 17 Biogáz előállítása üzemi és kisüzemi körülmények között A legfontosabb metántermelő baktériumok: Methanococcus vannielii, Methanobacterium ruminantium, Methanospirillum sp., stb. - ezek a baktériumok különböző kombinációkban metanolt, acetátot, formiátot, hidrogént és más savakat is hasznosítanak A nem metanogén baktériumbióta: E. coli, Micrococcus varians, Pseudomonas reptilivora, Micrococcus luteus, Alcaligenes viscolactis, A. faecalis, Clostridium, Bacteroides, Lactobacillus, Vibrio, Spirillum, Desulfovibrio, Enterobacter aerogenes, stb. - bizonyos mértékig a humán bélcsatorna baktériumbiotájához hasonló, és lényegesen eltér az aktivált iszapétól

18 18 A biogáz-termelés technológiája

19 19 Lakossági használat: főzés-sütés, háztartási cél, vízmelegítés, üzemanyag, lakások fűtése-hűtése (megfelelő technikával) Mezőgazdasági: istállók fűtése, terményszárítás, növényház, üvegház, fóliasátor fűtése, a mezőgazdasági gépek és gépkocsik üzemeltetése Energetikai: elektromos áram termelése gázmotorral saját használatra, távfűtésbe való bekapcsolódás, tisztított biogáz hálózati betáplálása, CO 2 emisszió értékesítése Tisztított biogáz hasznosítási lehetőségei:

20 20 Biohidrogén  a legígéretesebb globális energiahordozó  energiatartalma: 122 MJ/kg  felhasználása során vízzé ég el, ezért elméletileg a legkevésbé környezetszennyező: 2 H 2 (g) + O 2 (g) → 2 H 2 O(l) kJ (286 kJ/mol)  vízből vagy szerves anyagokból nyerhetjük külső, primer energiaforrás felhasználásával  szállítására és tárolására hatékony és biztonságos eljárásokat dolgoztak ki

21 21 Biohidrogén-előállítás lehetőségei  víz fotolízise (direkt vagy indirekt módon, cianobaktériumok vagy zöldalgák közreműködésével)  fermentációs eljárások (anaerob baktériumok)  fotofermentáció  hibrid rendszerek (fermentáció+fotofermentáció)

22 22 Fotofermentáció  szerves anyagok átalakulása hidrogénné fotoszintetikus baktériumok jelenlétében  a konverzió termodinamikai szempontból kedvezőtlen → CSAK fény jelenlétében történik meg az átalakulás  a fény energiáját a fotoszintetikus baktériumokra specifikus pigment-molekulák abszorbeálják

23 23 Fotoszintetikus baktériumok  anaerobok vagy mikroaerofilek  elektrondonorok a bakteriális fotoszintézishez: redukált kénvegyületek (pl. H 2 S) vagy redukált kénvegyületek (pl. H 2 S) vagy szerves savak (pl. ecetsav, tejsav, almasav) szerves savak (pl. ecetsav, tejsav, almasav)  nem szabadítanak fel oxigént  hidrogéntermelés: nitrogenáz vagy hidrogenáz enzimek által

24 24 Fotoszintetikus baktériumok tenyésztése  zárt, sterilezhető fotobioreaktorban (fényforrás!)  anaerob körülmények között  optimális növekedési hőmérséklet: 30ºC körül (baktériumtörzstől függően)  megfelelő tápközeg: redukált kénvegyületek, szerves savak, szükséges nyomelemek, vitaminok  kezdeti pH: 7,0 – 7,5  állandósult állapot elérése: 3-4 nap alatt

25 25  Mennyi legyen a kezdeti sejt- és szervesanyag-koncentráció?  Honnan világítsuk meg a reaktort, kívülről vagy belülről?  Mekkora felületen, milyen rétegvastagságon kell a fénynek áthaladnia?  Milyen intenzitással világítsuk meg a rendszert? ! G A Z D A S Á G O S S Á G ! ! G A Z D A S Á G O S S Á G ! A gyakorlati megvalósítással kapcsolatosan felmerülő problémák

26 26 Mi a különbség? A legnagyobb mennyiségben termelődő üvegházhatású gáz a szén- dioxid, ami bio- és fosszilis üzemanyagokból is keletkezik, de Bio- üzem- anyagok CO 2 fosszilis olaj a bio-üzemanyagok esetében a széndioxid ciklus zárt.

27 27  Új termelési lehetőségek a mezőgazdaság és erdőgazdaság számára  Környezeti illetve klimatikus hatás: nem termel plusz szén- dioxidot  Csökkenti az olajtól való függőséget  Nagyobb politikai/gazdasági biztonságot nyújt  Nagy hozzáadott értékű termékeket állít elő  GMO-k vélhető nagyobb elfogadottsága A fehér biotechnológia társadalmi hatásai


Letölteni ppt "11/19/20091 Biotechnológiák az energiaiparban SAPIENTIA ERDÉLYI MAGYAR TUDOMÁNYEGYETEM Általános biotechnológia előadás."

Hasonló előadás


Google Hirdetések