МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО УФИМСКИЙ Муниципальный НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ Институт

КАФЕДРА БИОХИМИИ И ТЕХНОЛОГИИ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему:

ПОЛУЧЕНИЕ БИОТОПЛИВА ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

ВЫПОЛНИЛ: СТ. ГР. ТБ-09-01

Л.Ф.САХИБГАРАЕВА

ПРОВЕРИЛ: СТ. Педагог

Л.М. СУЛТАНОВА

УФА 2012

Содержание

Введение

. Биоэтанол

.1 Сырьё для производства биоэтанола

. Способы производства биоэтанола

.1 Брожение

.2 Промышленное создание спирта из био сырья

.3 Гидролизное создание

. Экологические нюансы внедрения этанола в качестве горючего

. Биобутанол

.1 Применение биобутанола

.2 Сырье для производства биобутанола

. Сравнительная черта биоэтанола и биобутанола

5.1 Достоинства использования биоэтанола и биобутанола для сельского хозяйства

Заключение

Перечень использованной литературы

Введение

Исследователями были произведены расчёты, что каким бы не малым не казался припас нужных ископаемых, он исчерпаем даже в Рф. Используя известные на сегодня разработки нефти, мы сможем протянуть только до 2040 года. Расход горючего, как понятно, не имеет тенденции к понижению, а только увеличивается. К этому можно добавить, что экологическое положение в стране просит к для себя уже не просто внимания, а самого пристального внимания. Финансовое положение земельного сектора страны оставляет вожделеть наилучшего. А потому что основой биотоплива является продукт растительного происхождения, то его создание (выкармливание) послужит неплохим стимулом для развития сельского хозяйства.

Из вышесказанного следует, что создание биотоплива в наше время имеет огромное значение. Разглядим ниже главные виды биотоплива и их особенности. Ошибочно считать биотопливо новым и малоисследованным продуктом. Оно использовалось тысячелетиями и для многих остается единственным источником тепла и средством изготовления еды. Основным биотопливом были и остаются дрова. Но в наше время под словом «биотопливо» изредка предполагают дрова. Почаще разговор идет о биотопливе для автомобиля — биоэтаноле и биобутаноле.

Литературный обзор

Биотопливо — это горючее из био сырья, получаемое, обычно, в итоге переработки стеблей сладкого тростника либо семян рапса, кукурузы, сои.

Есть также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и разного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранешней стадии разработки либо коммерциализации.

Различается жидкое биотопливо (для движков внутреннего сгорания, к примеру, этанол, бутанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, трава) и газообразное (биогаз, водород).

1. Биоэтанол

Биоэтанол — это жидкое спиртовое горючее, которое делается из сельскохозяйственной продукции, содержащей крахмал либо сахар, к примеру, из кукурузы, зерновых либо сладкого тростника. В отличие от спирта, из которого выполняются спиртные напитки, топливный этанол не содержит воды и делается укороченной дистилляцией (две ректификационные колонны заместо 5) потому содержит метанол и сивушные масла, также бензин, что делает его неприменимым для питья. Для производства биоэтанола хорошими культурами для Рф являются пшеница, ячмень, рожь, также кукуруза, сахарное сорго, сладкая свекла, топинамбур. Но более многообещающим в Рф сырьем для производства этанола является целлюлозосодержащая продукция (древесная порода, трава, отходы обработки зерна и др.)

.1 Сырьё для производства биоэтанола

В текущее время большая часть биоэтанола делается из кукурузы (США) и сладкого тростника (Бразилия). Сырьём для производства биоэтанола также могут быть разные с/х культуры с огромным содержанием крахмала либо сахара: маниок, картофель, сладкая свекла, батат, сорго, ячмень и т. д.

Наилучшим климатом для производства сладкого тростника обладает Перуанская республика, страны Карибского бассейна. В огромных количествах сладкий тростник могут также создавать Индонезия и некие африканские страны, к примеру, Мозамбик.

Этанол можно создавать в огромных количествах из целлюлозы. Сырьём могут быть разные отходы сельского и лесного хозяйства: пшеничная трава, рисовая трава, багасса сладкого тростника, опилки и т. д.

2. Способы производства

.1 Брожение

биоэтанол горючее сырье спирт

Узнаваемый с давнешних времён метод получения этанола — спиртовое брожение органических товаров, содержащих углеводы (виноград, плоды и т. п.) под действием ферментов дрожжей и микробов. Аналогично смотрится переработка крахмала, картофеля, риса, кукурузы, и проч. Реакция эта достаточно сложна, её схему можно выразить уравнением:

6H12O6 ? 2C2H5OH + 2CO2

В итоге брожения выходит раствор, содержащий менее 15 % этанола, потому что в более концентрированных смесях дрожжи обычно погибают. Приобретенный таким макаром этанол нуждается в чистке и концентрировании, обычно методом дистилляции.

.2 Промышленное создание спирта из био сырья

Современная промышленная разработка получения спирта этилового из пищевого сырья включает последующие стадии:

) подготовка и измельчение крахмалистого сырья — зерна (сначала, ржи, пшеницы), картофеля, кукурузы и т. п.

) ферментация. На подавляющем большинстве спиртовых производств мира ферментативное расщепление крахмала до спирта с помощью дрожжей оставлено. Для этих целей используются рекомбинантные препараты альфа-амилазы, приобретенные биоинженерным методом — глюкамилаза, амилосубтилин.

) брагоректификация. Осуществляется на разгонных колоннах (к примеру, «Комсомолец»).

Отходами бродильного производства являются барда и сивушные масла. Барда употребляется для производства кормов.

.3 Гидролизное создание

В промышленных масштабах этиловый спирт получают из сырья, содержащего целлюлозу (древесная порода, трава), которую за ранее гидролизуют. Образовавшуюся при всем этом смесь пентоз и гексоз подвергают спиртовому брожению.

В связи с сокращением припасов ископаемого органического сырья в последние годы во всём мире уделяется серьёзное внимание вопросам хим и биотехнологической переработки биомассы растительного сырья (фитомассы) — древесной породы и сельскохозяйственных растений. В отличие от ископаемых источников органического сырья припасы фитомассы возобновляются в итоге деятельности высших растений.

В реальном столетии основными видами органического сырья будут древесная порода, сельскохозяйственные растения и каменный уголь, в свою очередь имеющий растительное происхождение.

По приблизительным оценкам мировые разведанные припасы нефтепродуктов приблизительно равны припасам древесной породы на нашей планетке, но ресурсы темного золота стремительно истощаются, в то время как в итоге естественного прироста припасы древесной породы растут. В недалёком будущем нас ждет переход от нефтехимического производства к биохимической и хим переработке древесной породы и других видов растительного сырья. Переработка биомассы растительного сырья базируется в главном на сочетании хим и биохимических процессов.

Под биотехнологией обычно понимают промышленный биохимический синтез ценных веществ и переработку товаров био происхождения. Производственной основой современной биотехнологии является микробиологическая индустрия, включающая гидролизные производства. Эти производства основаны на реакции гидролитического расщепления гликозидных связей полисахаридов биомассы одревесневшего растительного сырья с образованием в качестве главных товаров реакции моносахаридов, которые подвергаются предстоящей биохимической либо хим переработке, или входят в состав товарной продукции.

Гидролиз растительного сырья — более многообещающий способ хим переработки древесной породы, потому что в купе с биотехнологическими процессами позволяет получать кормовые и пищевые продукты, на биологическом уровне активные препараты, мономеры и полимерные смолы, горючее для движков внутреннего сгорания и различные продукты для технических целей

3. Экологические нюансы внедрения этанола в качестве горючего

Биоэтанол как горючее нейтрален в качестве источника парниковых газов. Он обладает нулевым балансом диоксида углерода, так как при его производстве оковём брожения и следующем сгорании выделяется столько же CO2, сколько ранее было связано из атмосферы использованными для его производства растениями.

Находящийся в этаноле кислород, позволяет более много спаливать углеводороды горючего. 10 % содержание этанола в бензине позволяет уменьшить выхлопы аэрозольных частиц до 50 %, выбросы СО — на 30 %.

4. Биобутанол

Бутанол либо бутиловый спирт с формулой C4H9OH представляет собой тусклую ядовитую жидкость с ярко-выраженным запахом сивушного масла. В мире известны 4 вида бутанола: обычный первичный бутиловый спирт СН3(СН2)3ОН, обычный вторичный бутиловый спирт СН3СН2СН2(ОН)СН3, изобутиловый спирт (СН3)2СНСН2ОН и триметилкарбинол (СН3)3СОН.

.1 Применение бутанола

Бутанол используют как растворитель в лакокрасочной индустрии, в производстве смол и пластификаторов, в синтезе многих органических соединений. Может применяться в качестве компонента к обычным топливам либо как самостоятельное горючее для тс.

.2 Сырье для производства бутанола

Бутиловый спирт (бутанол) как и этиловый спирт (этанол) может быть получен:

методом переработки сахара либо крахмала с/х растительных культур (биобутанол I поколения);

методом переработки целлюлозы растений (биобутанол II поколения);

методом синтеза хим сырья (бутанол).

Сейчас бутанол употребляется, сначала, в качестве промышленного растворителя. Мировой рынок этого продукта оценивается в 350 млн. галлонов в год, из которых 220 млн. галлонов в год приходится на долю США.

Биобутанол — это последующий значимый шаг развития биотоплив, применение которого должно удовлетворить росту потребности в экологически неопасном, возобновляемом транспортном горючем.

Биобутанол может добавляться к обыкновенному бензину либо бензину, содержащему этанол, он может быть применен в современных авто движках, и потенциально его поставка может быть налажена при использовании имеющейся инфраструктуры поставки горючего.

Биобутанол можно создавать из кукурузы, пшеницы, сладкой свеклы, сладкого тростника, сорго и ячменя. В дальнейшем для производства биобутанола можно будет использовать и целлюлозосодержащие составляющие сельскохозяйственных культур, такие как сухие стволы кукурузы либо траву.

А так же, бутанол создается при сбраживании глюкозы клеточками Clostridium acetobutylicum. При всем этом сначала выделяется масляная кислота; но по мере подкисления среды начитают синтезироваться ферменты, действие которых приводит к скоплению ацетона и бутанола.

Процессы образования этих веществ плотно сплетены меж собой. В итоге декарбоксилирования части ацетоацетата теряется возможный акцептор водорода, который при восстановлении в бутират мог бы два раза присоединить 2[H]. Этот водород так либо по другому должен быть передан другим акцепторам, в том числе и только-только образовавшемуся бутирату. Для восстановления до бутанола бутират должен быть поначалу активирован методом перевоплощения в бутирил-CoA. Реакции, происходящие при образовании бутирата, ацетона и бутанола представлены на Рис.1:

Набросок 1 — Образование ацетата, этанола, бутанола, бутирата, ацетона и 2-пропанола при брожениях, осуществляемых клостридиями.

5. Сравнительная черта биоэтанола и биобутанола

В связи с получением новых высокоэкономичных технологий производства биобутанола, в текущее время получаемый из зерна бутанол завлекает все большее внимание профессионалов для внедрения его в качестве горючего. И не исключено, что в наиблежайшие 10-15 лет этанол утратит пальму первенства.

Фуррор обусловливается рядом преимуществ биобутанола перед биоэтанолом, посреди их:

. Биобутанол содержит на 25% больше энергии, чем биоэтанол: 110 тыс. BTU на галлон бутанола против 84 тыс. BTU на галлон этанола. Бензин же содержит около 115 тыс. BTU на галлон;

. Биобутанол безопаснее в использовании, так как в 6 раз меньше испаряется, чем этанол и в 13,5 раз наименее летуч, чем бензин. Упругость паров бутанола по Рейду составляет 0,33 фунта/кв. дюйм, у бензина это 4,5 фунта/кв. дюйм, у этанола — 2,0 фунта/ кв. дюйм. Это делает биобутанол более неопасным при использовании в качестве оксигената и не просит особенных конфигураций пропорций консистенции при использовании зимой и летом. На данный момент он употребляется в качестве оксигената в штатах Аризона, Калифорния и др.;

. Биобутанол — еще наименее брутальное вещество, чем биоэтанол, потому может транспортироваться по имеющимся топливным трубопроводам, тогда как биоэтанол должен транспортироваться жд либо аква транспортом;

. Биобутанол можно соединять с бензином. Если смесь бензина с биобутанолом смешать с водой, то она расслаивается меньше, чем смесь биоэтанола с бензином. Отсюда следует, что можно использовать уже имеющиеся инфраструктуры дистрибуции, без каких-то модификаций посреди установок смешивания, хранилищ, также заправок.

. Биобутанол может на сто процентов подменять бензин, тогда как биоэтанол может употребляться только как добавка к бензину с наибольшим содержанием в консистенции менее 85% и только после существенных переделок мотора. В текущее время в мире преобладают консистенции с 10%-ным содержанием этанола;

. Создание биобутанола помогает решить препядствия, связанные с инфраструктурой снабжения водородом;

. Модифицированный биобутанол имеет более высочайший выход энергии (10 Вт-ч/г), чем биоэтанол (8 Вт-ч/г);

. При горении биобутанол не производит окислов серы либо азота, что дает существенную дополнительную выгоду исходя из убеждений экологии.

Биобутанол выходит из такого же самого сырья — кукурузы, сладкой свеклы, сорго, маниоки, сладкого тростника, кукурузных стеблей и другой биомассы, что и биоэтанол, но может подменять бензин в равном объеме.

Но, невзирая на такие значимые отличия у биобутанола есть много синергичных параметров с биоэтанолом:

)Биобутанол выделяют из числа тех же товаров сельского хозяйства, что и сам биоэтанол — кукуруза, пшеница, сладкая свекла, сорго, кассава и сладкий тростник;

)Все имеющиеся мощности, связанные с созданием биоэтанола, можно просто переработать под создание биобутанола. Для этого требуются только малозначительные конфигурации в течении процессов ферментации и дистилляции;

)Пары биобутанола синергичны по давлению парам бензина с примесями биоэтанола, что существенно упрощает добавление биоэтанола.

5.1 Достоинства использования биоэтанола и биобутанола для сельского хозяйства:

Биобутанол выделяется полностью из числа тех же разновидностей сельскохозяйственного сырья, что и биоэтанол — кукуруза, пшеница и сладкая свекла и т.д.

Биобутанол становится хорошим продуктом для всех фермеров мира, ведь конкретно он позволяет создавать новые решения на рынке посреди обычных товаров сельского хозяйства. Это в свою очередь приведет к повышению прибыли самих фермеров.

Простота процессов прибавления биотоплива к бензину, а конкретно самого биобутанола, может косвенно (пройдя через синергию этанола и биобутанола) сделать расширение рынка биотоплива и иных рынков, связанных с сельскохозяйственными продуктами. Все эти процессы положительно скажутся на мировом рынке и обеспечат его рост.

Заключение

Невзирая на оживленное развитие биотопливной отрасли в мире, при использующихся на сегодня разработках производства соответствующие особенности и недочеты биотоплива представляют его только в качестве инструмента переходного шага в преодолении недостатка энергии в мире, очень некординально повышая энергетическую безопасность отдельных государств. Потребности в земляных ресурсах и сельскохозяйственных культурах для производства продовольственного сырья очень значительны, чтоб выполнить подмену ископаемого горючего в более широких масштабах. В среднесрочной перспективе углеводородные виды горючего будут оставаться важным источником энергообеспечения в мире, при всем этом биотопливо сумеет обеспечить только малозначительную долю в общемировом топливно-энергетическом балансе и еще наименьшую в транспортной энергетике.

Совокупный спрос на биотопливо будет повсевременно возрастать, приемущественно, за счет экстенсивных причин. К ним относятся: общий рост численности населения в мире и непрерывное повышение энергетических потребностей в разных секторах экономики. Существенное воздействие на изменение спроса на биотопливо оказывает правительство средством сотворения устройств поддержки производства и употребления биотоплива, также поощрения развития рыночной инфраструктуры. Состояние спроса также определяется конъюнктурой рынков товаров-субститутов, в особенности нефти.

Перечень использованной литературы

1. Булаткин Г.А. Перспективы и ограничения производства биотоплива II поколения из растительного сырья /Г.А.Булаткин // Экологический вестник Рф. — 2009. — № 10. -49-52 с.;

. Карпов С.А. Биобутанол — биотопливо II поколения / С.А.Карпов // Нефтепереработка и нефтехимия. — 2008. — №7. -14-16 с.;

. Шлегель Г. Общая микробиология: Учеб. для вузов / Г.Шлегель.. — М.: Мир, 1987. — 293-295 с.