В статье описывается процесс ферментации биоэтанола, производится оценка физико-химических свойств разработанного топлива.
Ключевые слова: энергия альтернативная, биоэтанол, брожение спиртовое, дрожжи, сахар, дистилляция, топливо.
Биологическое топливо — это горючее растительного или животного происхождения. Предполагается, что оно заменит традиционные виды топлива из исчерпаемых ресурсов на те, которые производятся из возобновляемого сырья. Биоэтанол — наиболее популярное и массовое жидкое биотопливо. Его получают путем ферментации крахмала или сахара [1].
Спиртовое брожение — это процесс, при котором живые микроорганизмы (дрожжи) разлагают сахар (предпочтительно глюкозу) до этанола и диоксида углерода. Этот процесс — лишь один из многих способов, которыми разные дрожжи могут удовлетворить свой энергетический бюджет. В богатой кислородом атмосфере дрожжи полностью превращают сахар в воду и углекислый газ посредством клеточного дыхания [2]. Однако при недостатке кислорода сахар в бескислородных условиях разлагается до спиртов. Таким образом, процесс разложения включает несколько стадий и промежуточных продуктов с участием различных ферментов [3].
Для создания биотоплива использовался набор leXsolar-Biofuel Ready-to-go. Установка для дистилляции представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Установка для дистилляции сбреженного сусла
1 эксперимент. Цель эксперимента: установить зависимость мощности от температуры. Ход эксперимента: Налили 15 % раствор этанола в пробирку и охладили его путем наполнения смеси льда и воды до 0 °C. Изменяем температуру с шагом в 5 °C и наблюдаем за изменением характеристик. На основе данных для наглядности построили график зависимостей, рисунок 2.
Рис. 2. График зависимости мощности от температуры
На основе данных были сделаны следующие выводы: при температуре ниже 3 °C двигатель перестает вращаться, при повышении температуры мотор начинает движение и достигнув Т = 40°C набирает максимальные обороты, что не видно ни одну лопасть. Следовательно, оптимальная рабочая температура данного топлива 40°C.
2 эксперимент. Цель эксперимента: установить зависимость мощности от концентрации топлива. Ход эксперимента: подаем в топливный элемент этанол с разной концентрацией 10 % и 20 % и запускаем установку, результаты экспериментов представлены на рисунке 3.
Рис. 3. Зависимость мощности от концентрации
На основе данных были сделаны следующие выводы: очевидно, что чем выше концентрация, тем больше мощность, ведь 20 % раствор содержит больше молекул этанола и, следовательно, приводят к увеличению потока электронов. Максимальное значение мощности достигается при напряжении 450 мВ, данное значение важно для технического применения топливного компонента.
В результате работы были изучены процессы спиртового брожения, дистилляции, методы анализа физико-химических характеристик. Выявлены наиболее оптимальные условия, концентрации для внедрения топлива в технологические процессы.
Литература:
- Карпов С. А. Автомобильные бензины с улучшенными экологическими свойствами. // Экология и промышленность России, январь 2018 г., с. 30–32.
- Кондаков А. М. Альтернативные источники энергии — И.: Прива. 2019 г.
- Василов Р. Г. Перспективы развития производства биотоплива в России. Сообщение 1: биодизель //Вестник биотехнологии и физико-химической биологи им. Ю. А. Овчинникова. — 2017. — Т.3. -№ 1. — С.47–54. [Электрон. ресурс]/ Режим доступа: http://www.biorosinfo.ru/biotechnologia/Vasilov-broshura.pdf
