Biocombustibili. Impactul produ cerii de biocombustibili asupra sol ului. Dezechilibre produse de [630735]

Cursul 12
Biocombustibili. Impactul produ cerii de biocombustibili asupra sol ului. Dezechilibre produse de
subprodusele rezultate la fabricarea biocombustibililor. Cre șterea emisiilor de gaze cu efect de sera din sol datorit ă
extinderii produc ției de biocombustibili. Sisteme integrate de producere de biocombustibili, refacerea solurilor si
reducerea emisiilor de gaze cu efect de sera din sol

Biocombustibilii sunt combustibili pentru transport sub form ă lichidă sau gazoas ă, produși din biomas ă. Biomasa
este partea biodegradabil ă din produse, de șeuri și reziduuri din agricultur ă (inclusiv substan țe vegetale și animale), sectorul
forestier și industria aferent ă și parte din de șeurile industriale și municipale;
Conform reglementarilor existente numai produsele prezentate mai jos pot fi considerate ca biocombustibili:
(a)”bioetanolul”: etanol produs prin fermenta ție din biomas ă și/sau din partea biodegradabil ă a deșeurilor;
(b)”biodiesel”: un metil-ester produs prin transesterificare din ulei vegetal sau animal, de calitatea dieselului;
(c)”biogaz”: un combustibil gazos rezultat din biomas ă și/sau din partea biodegradabil ă a
deșeurilor care poate fi purificat la calitatea gazului (natural) pur,
(d)”biometanol”: metanol produs prin fermenta ție din biomas ă și/sau din partea biodegradabil ă a deșeurilor;
(e)”biodimetileter”: dimetilester produs din biomas ă,
(f)”bio-ETBE (etil-ter țo-butil-ester)”: ETBE este produs pe baz ă de bioetanol.
Procentul în volum de bio-ETBE socotit ca biocombustibil este de 47%;
(g)”bio-MTBE (metil-ter țo-butil-eter)”: un combustibil pe baz ă de biometanol.
Procentul în volum de bio-MTBE socotit ca biocombustibil este de 36%; (h)”biocombustibilii sintetici”: hidrocarburi sintetice sau amestecuri de hidrocarburi sintetice care au fost produse din
biomasă
;
(i)”biohidrogen”: hidrogen extras din biomas ă și/sau din partea biodegradabil ă a
deșeurilor, pentru a fi folosit ca biocombustibil
(j) “ulei vegetal crud”; ulei vegetal produs din culturile oleaginoase, prin presare, extrac ție sau proceduri comparabile, brut
sau rafinat, dar nemodificat chimic, atunci când este compatibil cu motoarele la care este folosit și când este conform
cerințelor normelor privind noxele.
Sistemul cel mai utilizat pentru propulsarea mijloacelor de transport este motorul cu ardere intern ă. Motoarele cu
ardere intern ă cu piston sunt cele mai folosite pentru mijloacele de transport terestre și utilizeaz ă în prezent drept carburant
hidrocarburile petroliere. În func ție de tipul motorului carburan ții sunt: benzina pentru motoarele cu aprindere prin scânteie
(Otto), respectiv motorina pentru motoarele cu aprindere prin compresie (Diesel).
Un dezavantaj major al motoarelor cu ardere intern ă este dependen ța acestora de resursele limitate de
hidrocarburi. Studiile efectuate în acest domeniu au demonstrat c ă, o dată cu dezvoltarea transportului auto bazat pe
motoarele cu ardere intern ă, a crescut și necesitatea producerii unei cantit ăți mai mari de carburan ți din hidrocarburi. Din
păcate resursele de petrol, pe care se bazeaz ă obținerea carburan ților auto, sunt limitate. O compara ție între necesarul de
produse petroliere și producția acestora pentru urm ătorii ani este prezentat ă în figura 1. Dac ă producția de carburan ți
petrolieri prezint ă o pantă descendent ă de-a lungul timpului, nu acela și lucru se observ ă la necesarul de petrol, care cre ște
odată cu dezvoltarea permanent ă a societății. Diferen ța dintre cererea de petrol dictat ă de dezvoltarea, în principal, a
transporturilor auto, și disponibilul împu ținat datorit ă declinului produc ției trebuie acoperit ă din alte surse, iar
biocombustibilii reprezint ă una din aceste surse. Principalul avantaj al biocombustibililor este compatibilitatea lor cu
soluțiile tehnice larg utilizate actual și cu infrastructura existenta (de fabricare, transport si distribu ție.

Biocombustibili sunt de asemenea neutri din punct de vedere al efectului de ser ă. Se spune despre un combustibil
că este neutru atunci când nu se produce un surplus de CO 2 în atmosfera prin arderea lui. Biocombustibilii sunt neutri
pentru că la arderea lor se elibereaz ă în atmosfera cantitatea echivalenta de bioxid de carbon care a fost fixata fotosintetic
de plante când s-a produs materia prim ă vegetală din care s-au ob ținut biocombustibilii.
Extinderea producerii și utilizării biocombustibililor nu se datoreaz ă numai aspectelor legate de reducerea efectului
artificial de ser ă. Există și aspecte ale producerii și utilizării biocombustibililor care sunt mai pu țin evidente la o analiza
superficial ă. Prețul petrolului, excedentele agricole, volatilitatea zonei Orientului Mijlociu (principal zona exportatoare de
petrol), atitudinea Rusiei (principalul furnizor de gaze naturale) și dependenta (de risip ă) de energie au determinat
guvernele europene ( și ale celorlalte state industrializate) s ă stimuleze producerea și utilizarea de biocombustibili.

Principalii biocombustibili care sunt larg utiliza ți în prezent sunt uleiul crud (pentru motoarele diesel
neperfecționate, de pe autocamioane si tractoare); biodieselul (pentru motoarele diesel cu rampa comun ă sau cu pomp ă
duză); bioetanolul (pentru motoare Otto sau pentru amestecul cu motorin ă sub form ă de E-diesel); biometanolul (pentru
motoare Otto și pentru producerea de biodiesel).
In fig. 2 este prezentat ă diagrama ob ținerii acestor biocombustibili.
.

Fig.2. Diagrama ob ținerii principalilor biocombustibili.
Biodieselul este un amestec de esteri metilici ai uleiurilor vegetale, care se ob ține printr-o serie de reac ții de
tranesterificare. In general esterii acizilor gra și se pot ob ține prin tehnologii de derivatizare chimic ă (esterificarea direct ă a
acizilor gra și rezultați ca subproduse la fabricarea s ăpunurilor sau rafinarea uleiurilor vegetale brute) sau prin semisintez ă
(prin alcooliza trigliceridelor naturale prezente în uleiuri vegetale și grăsimi animale). În cazul utiliz ării tehnologiilor de
semisintez ă, esterii acizilor gra și se pot ob ține printr-un proces necostisitor și eficient din gliceride cu con ținut mare de acizi
grași. Sinteza acestora implic ă reacția de trans-esterificare a trigliceridelor con ținute în surse de origine animal ă sau
vegetală cu alcooli C 1-C4, obținându-se alchilesteri C 1-C4 și glicerin ă brută ca subprodus. Reac țiile de alcooliza
(metanoliza) a trigliceridelor pentru producerea de biodiesel sunt prezentate mai jos.
Plante oleaginoase
Rapita, Soia,
Floarea-soarelui
alge
diatomee
Material
lignocelulozic
frunze,tulpini, lemn
Plante amidonoase
porumb, grâu
Plante zaharoase
trestie de zahar,
sfecla de zahar,
sorg zaharat
Extracti
e
Extractie
Hidroliza
enzimatica
Fermentatie
Pre-tratament
Gazeificar
e
Purificarea
Transesterificare
Ulei crud
Biodiesel
Bioetanol
Biometanol
Purificare
singaz
Distilare
Dehidratar
Sinteza catalitica 05101520
1970
1980
1990
2000
2010
2020
2030C antitate, m ilioane barili/zi Necesarul de petrol
Producția de petrol diferența

Fig. 1. Necesarul mondial (existent și estimat) de petrol comparativ cu produc ția
existentă si cea estimat ă.

CH2 OCOR 1
CH OCOR2
CH2 OCOR3_
__CH2 OH
CH OCOR2
CH2 OCOR3_
__
triglicerid
CH2 OH
CH OH
CH2 OH_
__CH2 OH
CH OH
CH2 OCOR 3_
__
+ ROHR1COOR
+
+ ROH
+ ROH+
+R2COOR
R3COORdiglicerid monoglicerid
GLICERINÃalchilester
de acid grasalchilester
de acid gras
alchilester
de acid grasALCOOLIZA TRIGLICERIDELOR
A) REACTII PRINCIPALE
B) REACTII SECUNDARE
R1COOH MOH R 1COOM H 2O
R1COOR MOH R 1COOM ROH+
++
+
alchilester
de acid grasbazã sãpunuri
metalicealchilalcoolacid grasR = alchil C1 C4-
R1 R3 = catene hidrocarbonate-
C14 C22- alchil
M = metalapã

In reacția de transesterificare de mai sus se pot utiliza o mare varietate de catalizatori cum ar fi: catalizatori acizi,
enzime, s ăruri metalice sau catalizatori alcalini. Se prefer ă catalizatorii alcalini ca hidroxizii de sodiu sau de potasiu sau
alcoxizi, datorit ă faptului c ă sunt eficien ți, se separ ă ușor din produsul de reac ție și sunt compatibili cu sistemele
tehnologice conven ționale.
Glicerina brut ă rezultată din procesul de tranesterificare se poate acidula, degresa și usca par țial sau complet. Calitatea
glicerinei se poate îmbun ătăți prin distilare cu vapori, distilare la vid, decolorare pe c ărbune etc. Procedeele sunt îns ă
costisitoare și energofage (din apele glicerinoase se elimin ă apa prin fierbere). Producerea de glicerin ă la fabricarea
biodieselului a dezechilibrat deja pia ța de glicerol datorit ă excedentului introdus pe pia ță. Sunt necesare noi utiliz ări pentru
glicerină pentru a limitat efectele dezechilibrului produs pe pia ță datorită producerii de biodiesel.
Cercetările privind ob ținerea combustibilului biodiesel s-au axat în principal pe transesterificare gr ăsimilor cu metanol,
utilizarea etanolului pentru producerea de biodiesel prin tranesterificare fiind pu țin studiat ă. Din punct de vedere al
normelor de securitate a muncii și pentru mediu etanolul este mult mai convenabil decât metanolul. Metanolul este foarte
toxic, nu produce scânteie vizibil ă atunci când arde, este 100% miscibil cu apa și penetreaz ă pielea cu u șurință, generând
probleme grave pentru organisme și mediu.
Etanolul prezint ă în plus avantajul c ă se poate utiliza pentru a produce prin tranesterificare un biodiesel prin utilizarea
exclusivă a resurselor naturale regenerabile și a tehnologiilor biochimice.
Bioetanolul se obține prin distilarea fermentatului unor zaharuri simple (glucoza, maltoza, rafinoz ă). Aceste
zaharuri simple se ob țin din:
– plante zaharifere (sfecl ă-de-zahăr; trestie de zah ăr; sorg-zaharat);
– plante amidonoase (porumb, grâu, cartof);
– material lignocelulozic (biomasa rezidual ă).
Amidonul și materialul lignocelulozic (de fapt hemiceluloze si celuloze) se transform ă în zaharuri simple prin
procedee de degradare (hidroliz ă) enzimatic ă (fig.3).
Soluția de zaharuri fermentescibile se trateaz ă cu drojdie-de –bere (sau, în tehnologiile avansate cu bacterii Zygomonas
mobilis ) si se las ă la fermentat. Fermenta ția alcoolica dureaz ă 2-3 zile în cazul drojdiilor, câteva ore în cazul bacteriilor.
Vasele în care se produce fermenta ția trebuie r ăcite, deoarece prin fermentarea fiec ărui kg de zah ăr fermentescibil se degaj ă

133 kcal. Bioxidul de carbon format in acest timp poate fi colectat în gazometre ( și ar trebui colectat pentru c ă altfel
contribuie negativ la efectul de ser ă).
Prin fermenta ția alcoolic ă se produce un lichid, numit pl ămadă, care con ține până la 18 % alcool, restul fiind ap ă,
cantitatea mici de glicerin ă, alcooli propilic, butilic, amilic etc. Acest lichid este supus unei prime distil ări, in urma c ăreia
rezulta etanolul brut, de 90 % concentra ție. Reziduul de la distilare se nume ște borhot si este folosit ca furaj, deoarece
conține proteine, gr ăsimi etc. Alcoolul brut este supus rectific ării, în coloan ă de rectificare, ob ținându-se ca produs de
distilare un alcool de 95,6 %, iar ca reziduu de distilare glicerina și fuzelul, un lichid uleios, format din alcooli superiori
(propilic, butilic, amilic).

Procese
enzimatice
Zaharuri
fermen-
tescibile
Pre-
tratamentProcese
enzimaticeCelulozaBiomasa
rezidualaAmidon
(porumb)
Procese
fermen-
tativeBiocombustibili
Noi materii prime

Fig. 3. Producerea de zaharuri fermentescibile și fermentarea lor prin hidroliza enzimatic ă.
Alcoolul de 95,6 % este un amestec azeotrop, cu punct de fierbere 78,15oC; de aceea, pentru ob ținerea unui alcool
pur (alcool absolut, necesar pentru a fi utilizat ca bioetanol) nu se poate recurge la înc ă o distilare (pentru ca azeotropul
distila ca o substan ță pură), ci se aplic ă metode speciale de deshidratare (de exemplu tratarea cu substan țe care se combin ă
cu ușurință cu apa ca oxidul de calciu, sulfat de calciu calcinat etc.) urmat ă de distilare.
Producerea biocombustibililor implic ă un lanț întreg, care porne ște cu fermierul are cultiv ă planta energetic ă și
sfârșește la pompa de combustibil. In lume principalele țări producătoare de biocombustibili sunt: Brazilia (bioetanol din
trestie de zah ăr); SUA (bioetanol din porumb); China (bioetanol din sorg); Uniunea European ă (biodiesel din rapi ță). In fig.
4 sunt prezentate principalele zone produc ătoare de biocombustibili

Fig. 4. Principalele țări producătoare de biocombustibili.
Principalele culturi energetice pentru România sunt rapi ța, floarea-soarelui (cu con ținut ridicat de acid oleic),
sorgul zaharat și porumbul.
Dintre plantele de cultur ă de mai sus condi țiile cele mai favorabile le au în România floarea-soarelui (Helianthus
annuus L.) și porumbul ( Zea mays L.) Floarea–soarelui îns ă produce un ulei alimentar cu o bun ă acceptant ă în rândul
populației, iar excedentul de semin țe își găsește rapid valorificarea pe pie țele externe. Porumbul are de asemenea multe alte
întrebuințări, iar interesul pentru producerea de bioetanol este mic atât în rândul produc ătorilor de combustibili cât și al
agricultorilor. Considerente fiscale (nivelul ridicat de accizare al alcoolului, lipsa unor structuri eficiente de colectare a
veniturilor statului) fac ca bioetanolul s ă nu beneficieze înc ă de nici un fel de facilit ăți fiscale – ceea ce reduce din start
interesul pentru acest biocombustibil.
Oricum planta cea mai convenabil ă pentru producerea de bioetanol în condi țiile României este sorgul zaharat.
Sorgul zaharat este cultivat în ultimii 25 de ani numai experimental în România.
Sorgul zaharat este o plant ă anuală asemănătoare cu porumbul, foarte rezistent ă la secetă, cu un ciclu vegetativ
rapid, cu exigen țe mult mai reduse pentru îngr ășăminte în compara ție cu porumbul.
Principalele argumente în sprijinul extinderii cultiv ării și industrializ ării integrale a sorgului zaharat în România
sunt:
• Eficientizarea suprafe țelor extinse de teren agricol neexploatate sau ineficiente prin culturi masive de sorg ș
i crearea de
noi locuri de munc ă;
• Cultivarea sorgului poate produce cantit ăți foarte mari de biomas ă (80-120 t/ha) cu con ținut de 15-30% zah ăr (5-7 t
zahăr/ha), materie prim ă regenerabil ă pentru industria chimic ă, petrochimic ă, agricultur ă, industria alimentar ă, farmaceutic ă
și altele.
• Prin industrializarea total ă a sorgului se pot ob ține: bioetanol (biocombustibil pentru mijloace de transport, utilaje
agricole mobile și fixe), sirop, o țet și alcool alimentar, celuloz ă și hârtie, acid acetic și etilenă, fibre naturale, proteine
vegetale, furaje pentru zootehnie, etc.;
• Biocarburantul produs din sorg este ecologic, contribuind la reducerea emisiilor de bioxid de carbon, principalul
responsabil pentru efectul de ser ă suferit de atmosfera terestr ă în ultima perioad ă de timp; Brazilia 16,9 MT
US 16,4 MT Altii
0,8 MT Europa
3,9 MT Europa
3,1 MT Altii
6,6 MT
Biodiesel 8,9 %
Bioetanol 86,8 %

• Tehnologiile industriale pot utiliza instala ții existente sau pu țin adaptate din industria chimic ă, nu produc de șeuri toxice
sau reziduuri neutilizabile.
Conform estim ărilor tehnico-economice, în România s-ar putea produce bioetanol din sorg zaharat prin
tehnologiile conven ționale, la un pre ț total mai mic de 200 euro pe ton ă, inclusiv taxe vamale, costul transportului,
comisioane, etc., pre ț concuren țial pe pia ța european ă, în cazul ob ținerii unei produc ții de circa 5 tone etanol la hectar.
Împreună cu produc ția de ulei de rapi ță, estimată la o ton ă la hectar, cele dou ă tipuri de biocombustibil completeaz ă
spectrul necesarului energetic al fermelor agricole, cele dou ă specii de plante fiind complementare în asolamentul culturilor
agricole.
Reziduul sau pulpa (bagasa) r ămasă după extracția sucului dulce din tulpini con ține celuloz ă în propor ție de circa
31-35% și o serie de alte glucide convertibile în bioetanol dup ă hidroliză enzimatic ă cu enzime specifice (fig.3).
Bagasa de sorg se poate folosi și la obținerea de celuloz ă. Celuloza ob ținută din sorg este de calitate asem ănătoare
cu cea din lemnul de foioase (specii inferioare) destinate produc ției de celuloz ă. Producția de celuloz ă albită la hectarul de
sorg zaharat este mai ieftin ă și de 2,5-3 ori mai mare decât cea obi șnuită de pe un hectar de p ădure.
Uniunea European ă este însă o zonă cu preponderen ță a biodieselului. Pentru biodiesel cultura de baz ă este rapița.
Pe plan mondial, în anul 2004, suprafa ța cultivată cu rapiță a fost de 27.558 mii ha, pe plan european de 857 mii ha, iar în
țara noastr ă suprafețele cultivate cu rapi ță au fost de 83 mii ha.
Produc ția medie de s ămânță a crescut în perioada 1990-2000 de la 1368 la 1543 kg/ha pe plan mondial, de la 2779
la 2935 kg/ha în Europa și de la 916 la 1338 kg/ha în țara noastr ă.
Producția mondial ă de rapiță este în cre ștere, după rapoartele FAO au fost ob ținute 36 de milioane de tone în
sezonul 2003-2004 și 46 milioane tone în 2004-2005.
Extinderea culturii de rapi ță a fost determinat ă pe de o parte de progresele înregistrate în ameliorarea acestei specii
și de avantajele economice, iar pe de alta de factorul ecologic ce limiteaz ă suprafețele cultivate cu plante oleaginoase
clasice, soia și floarea soarelui, fapt ce a impus atragerea în cultur ă a altor specii cu con ținut bogat în lipide și proteine, din
cadrul cărora rapița (Brassica napus , var. oleifera ) a cunoscut cea mai larg ă răspândire. Suprafa ța cultivat ă cu rapiță în
Europa (2004) este de aprox. 4,5 milioane hectare, reprezentând un sfert din produc ția mondial ă și se estimeaz ă la 4,63
milioane hectare pentru 2005 – 2006. De și va fi cultivat ă o suprafa ță mai mare, produc ția de semin țe de rapiță destinată
fabricării uleiului va fi mai mic ă datorită creșterii cererii de biodiesel.
În România rapi ța s-a cultivat pe suprafe țe mai mari înainte de primul r ăzboi mondial si între cele doua r ăzboaie
mondiale. Astfel, în anul 1913, ea a ocupat 80,38 mii ha, iar în anul 1930 cca. 77,32 mii ha. Cultura de rapi ță prezintă
următoarele particularit ăți în România.
Zone de favorabilitate:
– zona foarte favorabila (zff): partea de vest si de est a tarii, Podi șul Transilvaniei si zonele colinare ad ăpostite;
– zona favorabila (zf): partea de sud a tarii, in condi ții de irigare.
Perioada de vegeta ție si de campanie:
– perioada de vegeta ție – 270 – 300 zile;
– perioada de semanare- 5-15 septembrie, pentru sudul tarii ; 1-10 septembrie, pentru rest (pentru rapi ța de prim ăvara,
semănatul se face timpuriu, în prima urgenta;
– perioada recolt ării – se recolteaz ă in doua moduri :a) recoltarea in doua faze, t ăierea plantelor in faza de coacere in pârga –
lăsarea pana la uscare completa- treierare cu combina , la o umiditate de 12-14%.
Evolu ția suprafe țelor cultivate (fig.5) rapi ță denotă un interes crescut al fermierilor români pentru aceast ă cultură.
Deși riscul compromiterii culturii în iernile f ără zăpadă și cu geruri puternice (cum s-a întâmplat și ianuarie 2006) este
foarte mare, cererea din ce în ce mai crescut ă a determinat cre șterea suprafe țelor cultivate cu rapi ță în România.
Este de a șteptat ca suprafe țele cultivate cu rapi ță să se extind ă și mai mult în viitor și din aceast ă perspectiv ă este
necesară o evaluarea corespunz ătoare a impactului produs de aceast ă extindere asupra mediului în general și asupra solului,
în special.

0.0020.0040.0060.0080.00100.00120.00
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005Suprafata (mii ha)
Productie medie(q/ha)
Productie totala (mii to)

Fig.5. Dinamica suprafe țelor cultivate cu rapi ță în ultimii 10 ani în România.

Impactul producerii de biocombustibili asupra solului . Producerea de bicombustibili nu este o activitate care
prezintă numai efecte pozitive. Un exemplu deja men ționat este cel al dezechilibr ării piețelor agroa-alimentare și ale
produselor derivate. Producerea de bioetanol din sfecl ă de zahăr de către Brazilia a determinat o cre ștere ușoară a prețului
zahărului. Mult mai grav este impactul produs de utilizarea porumbului de c ătre SUA pentru producerea de bioetanol,
impact care a dus la reducerea rezervei mondiale de cereale și la reapari ția spectrului foametei.
In afara de dezechilibrarea pie țelor tradiționale ale produselor agricole și a derivatelor lor, unul dintre efectele
negative cele mai pregante este asupra solului datorit ă:
• Posibilele practici de monocultur ă rezultate din cultivarea plantelor energetice, periculoase pentru viitorul utiliz ării
terenului agricol (mai ales sub aspectul epuiz ării solului si al protec ției plantelor);
• Poluarea rezultat ă din utilizarea în exces a fertilizan ților și pesticidelor pentru o cultur ă non-alimentar ă, în care nu
se aplică restricțiile de randament agricol și de contaminare impuse culturilor alimentare;
• Excesul de co/sub-produse care ar putea genera probleme de poluare a solului.
Evaluarea riscurilor pentru sol a diferitelor culturi energetice pentru România este prezentat ă î n t a b . 1 . S e
remarcă faptul că porumbul este o cultur ă cu impact negativ asupra solului și că pentru filiera bioetanol este recomandabil ă
utilizarea sorgului zaharat.
Tab.1. Evaluarea riscurilor pentru sol al diferitelor culturi pentru biocombustibili.
Alte
cereale Graminee
cultivate Trifoi,
lucerna Sorg
zaharat Grâu Floarea
soarelui Sfecla de
zahar Cartofi Porumb
Eroziune A A A A A B/C C C C
Compactare sol A A/B A/B B A A C C B
Spălare nurienti
ape suprafa ța A B B A A A/B B B C
Levigare A B B A A A/B B/C B/C C

nurienti
acvifere
Poluare cu
pesticide A A A B/C A B B B C
Deficit de apa
în sol A A A A B B B C A/B
Risc de
incendii – C – A – – – – –
Riscuri privin d
biodiversitatea B B/C B B B/C A/B B B/C C
Riscul
practicilor
monoculturale B A A C C (B/C) B A/B C
A este risc sc ăzut, C este risc ridicat

Dezechilibre produse de subprodusele rezultate la fabricarea biocombustibililor .
La fabricarea biocombustibililor rezult ă următoarele produse secundare:
Biodiesel din rapi ță:
– glicerină;
– șroturi de rapi ță
Bioetanol din sorg zaharat
– bagasa de sorg (tulpini de sorg stoarse de zah ăr);
– drojdie de fermenta ție / borhot
Bioetanol din porumb
– borhot de porumb
– drojdie de fermenta ție
Aplicarea Directivei 2003/30/EC (publicat ă în Official Journal of the European Union, L 123/42, din 17.05.2003)
la nivelul României implic ă un necesar de circa 400.000 tone de biodiesel – necesar care genereaz ă concomitent peste
200.000 tone de glicerin ă și peste 500.000 tone de șroturi de rapi ță. Șroturile de rapi ță nu pot fi folosite în propor ții mari în
hrana animalelor (con țin tioglicozizi goitrogeni și urme de acid erucic cardiotoxic), iar glicerina, de și este un produs
valoros, nu are utiliz ări care să acopere toat ă cantitatea (care va fi produs ă).
Soluția tehnologic ă clasică de recuperare a glicerinei presupune distilarea apei la presiune normal ă, urmată de
distilarea glicerinei sub vid și purificarea final ă prin filtrare. Pe o instala ție Crown Iron Works (recunoscut ă ca fiind una
dintre cele mai eficiente) consumurile de abur sunt de 612 kg abur 6 bar pentru 450 kg glicerina farmaceutic ă și 45 kg
glicerină sub-standard. Costurile energetice (la o c ăldură specifică de 2257kJ/kg abur și 35700 kJ/Nm3 de gaz metan) se
mențin sub valoarea de 1000 lei, adic ă sub 2.5% din valoarea de pia țã a produsului. Cre șterea previzibil ă a costurilor
energiei (practic dublarea lor) va men ține costurile energetice sub valoarea de 5% din valoarea de pia ță, menținând
procedeul viabil din punct de vedere economic. Problema nu este îns ă cea a costurilor energetice a recuper ării glicerinei. O
instalație de tipul celei men ționate cost ă milioane de euro și este furnizat ă după 12-18 luni de la lansarea comenzii ferme –
pentru a recupera un produs care este oricum excedentar în Uniunea European ă!
Producerea în România a circa 500 milioane de tone de bioetanol din sorg zaharat va genera peste 1 milion tone
de bagasa. Folosirea bagasei ca sursa de hrana pentru rumeg ătoare nu este foarte recomandata pentru ca bagasa de sorg
zaharat favorizeaz ă producerea de metan (gaz cu efect de ser ă mai pronun țat decât bioxidul de carbon).
Sunt necesare noi abord ări, care sa permit ă noi utiliz ări ale acestor sub-produse rezultate de la fabricarea
biodieselului.
Glicerina brut ă / apele glicerinoase rezultate de la fabricarea biodieselului poate intra în componen ța unor
amelioratori de sol (împreun ă cu hidroxid de sodiu și acid acetic, sau catalizator și acid citric)care se aplic ă prin pulverizare
pe soluri. Acest tip de produs ajut ă la dezvoltarea plantelor, reducând agresivitatea solurilor acide și stimulând dezvoltarea
microorganismelor benefice (de ex. fixatori de azot). De asemenea regenereaz ă solul, faciliteaz ă absorbția substan țelor
nutritive în țesuturile plantelor și contribuie la sporirea recoltelor. Tratamentul solurilor nisipoase cu un astfel de
ameliorator pe baz ă de glicerin ă brută, urmat de irigarea acestuia, permite reten ția umidității timp îndelungat. Compozi ția
funcționează ca un tampon acido-bazic, men ținând balan ța pH-ului din sol.. Este prevenit ă astfel spălarea ionilor metalici
care trebuie re ținuți în sol pân ă la absorb ția de către rădăcini și translocarea lor spre p ărțile aeriene ale plantelor..

Apele glicerinoase pot fi utilizate și ca adjuvant la aplicarea produselor agrochimice condi ționate ca pulberi de
prăfuit și în special a pesticidelor granulate, transformând ingredientele active solide sub form ă de pulberi în particule fine,
lipicioase, foarte adecvate pentru aplic ări de refacere a structurii solului.
Tot ca agent antipr ăfuire, pentru limitarea efectelor de dispersie pe parcursul aplic ării, intră în compozi ția unor
fertilizanților anorganici generatori de praf (de exemplu DSF – disintegrating sulfur fertilizer ), fără a interveni în procesul
util de eliberare gradat ă a agentului activ (sulf, fosfat de amoniu, fosfat de calciu, nitrat de amoniu, nitrat de potasiu, clorur ă
de potasiu, sulfa ți de potasiu).
Valorificarea optim ă (din punct de vedere a protec ție solului) a surplusului de biomas ă rezultată din culturile
tehnice folosite pentru producerea de biocombustibili este compostarea lor și utilizarea compostului ca ameliorator de sol.
Compostarea este definit ă în general ca un proces de descompunere prin oxidare biologic ă a constituen ților
organici din de șeuri, practic de orice natur ă, în condi ții controlate. Deoarece compostare este un proces biologic de
descompunere a materiei organice, necesit ă condiții speciale, în particular, determinate de valori optime ale temperaturii,
umiditate, aerare, pH și raport C/N, necesare asigur ării unei activit ăți biologice optime în diferitele stadii ale procesului.
Principalii produ și ai procesului de compostare aerob ă sunt: dioxidul de carbon, apa, diferi ți ioni minerali și
materie organic ă stabilizat ă, denumit ă humus sau compost.
Procesul decurge în dou ă faze distincte: (1) mineralizarea și (2) humificarea . Mineralizarea este un proces foarte
intens care implic ă degradarea substraturilor organice u șor fermentabile, cum ar fi glucide, aminoacizi, etc. Degradarea este
însoțită de o intens ă activitate microbiana prin care se produce c ăldură, dioxid de carbon și apă, ca și reziduuri organice
parțial transformate și stabilizate.
Când frac ția organic ă este consumat ă, unele celule se descompun prin autooxidare pentru a furniza energie
celulelor r ămase. In timpul primei faze a compost ării este necesar ă furnizarea unei cantit ăți suficiente de oxigen (5-15%)
pentru a permite atât un bun start al transform ării microbiene, cât și creșterea temperaturii, necesar ă menținerii condi țiilor
igienice de biodegradare a materialului organic.
Procesul de transformarea a substan țelor organice este completat în a doua faz ă a compost ării – cea termofil ă, care
se desfășoară în condi ții mai pu țin oxidative, care permit formarea substan țelor cu caracter de humus și eliminarea
compostului toxic mai dens, format eventual în prima faz ă. In cea de-a doua faz ă a compost ării este preferat un proces mai
puțin oxidativ pentru a evita mineralizarea excesiv ă a substratului organic.
In decursul fazei de maturare, necesarul de oxigen este mai redus (5%), deoarece procesul biologic devine foarte
slab si are ca efect red ucerea temperaturii.
Se realizeaz ă astfel, prin procesul de compostare controlat ă, reciclarea materiei organice și reducerea volumului
deșeurilor solide.
Creșterea emisiilor de gaze cu efect de sera din sol datorit ă extinderii produc ției de biocombustibili.
Utilizarea composturilor rezultate din resturile vegetale ale culturilor tehnice folosite pentru fabricarea
biocombustibililor trebuie analizat ă și sub aspectul producerii de gaze cu efect de ser ă.
Oricum culturile energetice / pentru biocombustibili determin ă și o creștere a gazelor cu efect de ser ă din
agricultur ă. Aceste culturi tehnice produc și ele gaze de ser ă și în special protoxid de azot. Mecanismele prin care se
produc emisii de protoxid de azot din sol sunt prezentate în fig. 6.

NO3- NO2- NH4+N2O,NON2Denitrificare (anaerobioza)
Nitrificare (aerobioza)
K1(t)K3(t)
K2(t)
N2O(t) = K1(t) +K2(t)-K3(t)
NO(t) = K’2(t)NOK’2(t)

Fig. 6. Procese biologice implicate în producerea protoxidului de azot din sol.
Tab.2 Producerea de gaze cu efect de ser ă de către diferitele culturi tehnice utilizate pentru biocombustibili.
Biocombustibil Emisii GHG (kg CO 2equiv/GJ)
CO 2 CH 4 N 2O Total
Ester metilic din rapi ța 25 0.69 15 40.7
Etanol din sfecla 34 0.32 5.6 39.9
Etanol din boabe de grâu 24 0.69 3.7 28.4
Etanol din paie de grâu 0 – 0.59 13.3 12.7
Ulei de rapi ța crud 15 0.49 14.3 29.8

In tab. 2 sunt prezentate emisiile cu gaze cu efect de ser ă de gaze cu efect de ser ă de către diferitele culturi tehnice
utilizate pentru biocombustibili. Aceste date pot duce la o reanaliz ă a emisiilor nete de gaze cu efect de ser ă prin
fabricarea difer ților biocombustibili, din diferite surse.

Fermenta ția alcoolic ă se de

Fig.7. Reducerea de emisii de gaze cu efect de ser ă pentru diferitele tipuri de biocombustibili. Ro șu – în func ție de
eficiența globală de producere; albastru – în func ție de capacitatea culturii de fixare de CO
2.
In afara de aceste aspecte care țin de eficien ța globală a producerii de biocombustibili mai trebuie luate în considerare și
aspectele care țin de valoarea EroEI a biocombustibililor (ERoEI = How much Energy is Returned on Energy Invested =
Câtă energie ob ții din energia investit ă?)
Pentru a extrage un baril de petrol, al prelucra și al transporta acolo unde este nevoie de el se folose ște între a
șaizecia parte și a zecea parte din energia acelui baril. Cu alte cuvinte ca s ă extragi, s ă prelucrezi și să transporți 10 barili de
petrol consumi între 0,17 si 1 baril de petrol. Estim ările precaute ale ERoEI pentru energia cu care func ționează economia
noastră actuală sunt mult peste 10:1 (cu o mare parte a economiei func ționând în jurul lui 30:1).
La determinarea EroEI cad cele mai multe alternative energetice dup ă o simplă examinare. Hidrogenul comercial
e un bun exemplu despre cum s ă consumi mai mult ă energie decât produci. Sursa cea mai comun ă pentru hidrogen este
gazul natural. Gazul natural este tratat cu abur. Aburul este ob ținut prin fierberea apei folosind și mai mult gaz natural,
petrol, cărbune. Prin ardere produc ătoare de bioxid de carbon cu efect de ser ă! Bunul sim ț spune că hidrogenul comercial
produs din gaze naturale nu este o solu ție de reducere a emisiilor de gaze cu efect de ser ă.
Biocombustibilii au un ERoEI mic (cu excep ția biodieselului din alge – a se vedea și tab.3). Dac ă se ia în calcul și
eficiența motoarelor (TTW – tank to wheel) atunci eficien ța energetic ă a biodieselului din alge se aproprie de cea a
benzinei.
Tab.3. Valorile EroEI pentru biocombustibili.
WTT TTW WTW
Benzina 10 0.3 3.0
Biodiesel din rapi ța 3.2 0.45 1.44
Biodiesel din uleiuri alimentare uzate 5 0.45 2.25
Biodiesel din alge >5 0.45 >2.25
Bioetanol din amidon de porumb 1.34 0.3 0.402
Bioetanol celuloza (iarba grasa) 2.2 0.3 0.66
Hidrogen din gaz natural 0.528 0.405 0.214 0200400600800100012001400
Etanol, paie de grâu
RME
Ulei vegetal crud
Etanol, grâu
Etanol, sfecla de zaharReducere emisii (gC eq/ha/a n
05101520253035
Reducere emisii (gCeq/v-km )

WTW – eficien ța producerii și distribuirii; TTW – eficien ța motorului cu ardere intern ă; WTW; eficien ța de
producere, distribuire și utilizare.

in cazul combustibililor trebuie luate în considerare și mărimea suprafe țelor care trebuie cultivate. 1 ha de rapi ță produce
circa 1 tona de biodiesel. Un camion pentru un singur drum Bucure ști-Timișoara (550 km la 25 litri/100 km) consum ă
137,5 litri de motorin ă. Un singur drum, un singur TIR = 0,137 ha cultivate timp de un an!
Din motivele prezentate mai sus (impact negativ asupra mediului și în special asupra solului, intensificarea
producerii de gaze cu efect de ser ă din sol) solu țiile optime din punct de vedere ecologic sunt sistemele integrate, în care
sunt urmărite concomitent producerea de biocombustibili, refacerea solurilor și reducerea emisiilor de gaze cu efect de sera
din sol.

Sisteme integrate de producere de biocombustibili, refacerea solurilor si reducerea emisiilor de gaze cu efect
de sera din sol .
In fig. 8 este prezentat un prim tip de sistem integrat de fabricare de biocombustibili, reducere de gaze cu efect de
seră și refacerea solurilor. Acest sistem se bazeaz ă pe (bio)conversia multipl ă a co-produselor rezultate de la fabricarea
biocombustibililor și implică:
(i) un procedeu de utilizare a bagasei de sorg pentru producerea de bagasa comestibil ă lignocelulozic ă;
(ii) un bioproces de conversie a substratului pentru cultivarea ciupercilor in amelioratori de sol cu etichet ă
ecologică;
(iii) o instalație nou creat ă pentru producerea amelioratorilor de sol ;
(iv) bioproduse cu eliberare controlat ă pe baza tulpinilor biologic active de Bacillus subtilis si Trichoderma
viride;
(v) cultivarea microorganismelor pe medii avand ca sursa de carbon apa glicerinoase;
(vi) un proces inovativ de condi ționare a produselor biologice prin coacervare;
(vii) biopesticide pe baza tulpinilor active de Bacillus subtilis, Burkholderia cepacia, Trichoderma viride rezultate
de la (v) procesul de cultivare a microorganismului pe medii cu pe apa glicerinoasa;
(viii) condiționare pe bagasa de sorg sterilizata prin iradiere gamma;
(ix) biofertilizanti pe baza de Rhizobium spp. , Pseudomonas fluorescens, Azospirillum spp. rezulta ți de la procesul
de cultivare al microorganismelor pe medii cu apa glicerinoasa și (vii) condi ționare pe bagasa de sorg sterilizata prin
iradiere gamma; (x) un bioinsecticid volatil produs printr-un proces de extrac ție a glucozinolatilor de la șroturi de rapi ță.
In fig. 9 este prezentat un alt proces integrat de fabricare a biocombustibililor, din care rezult ă inclusiv
amelioratori de sol. Procedeul implic ă un proces biochimic, de solubilizare a carbohidra ților din biomas ă și procedee
termochimic, de distilare uscat ă și de gazeifiere a materialelor vegetale care nu sunt hidrolizabile enzimatic. Din procesul
de distilare uscat ă rezultă un cărbune vegetal cu propriet ăți foarte bune de absorb ție, care este folosit pentru absorb ția
gazelor poluante (NOx și SOx) emise de termocentrale (cu generarea unui fertilizant N-S cu eliberare controlat ă).

BiomasaProcesare
termochimicProduse de baza Procesele de baza
Biocombustibili
lichizi
Caldura
si
en. elect.BioprodusePiroliza
Gazeifiere
Pretratament
Procesare
BiochimicaLichefiere
Hidroliza
Fermentare
Biocatalizamateriale
lignocelu-
loziceHidrogen/Gas de sinteza
Bio-Oil
Mangal
Etanol
Biodiesel
Bio-Gazspecialitati chimiceinstalatii
principaleTehnologie
pile de
combustie
Tehnologie
biochimicaTehnologie
chimica
instalatii
principaleGlicerol

Fig. 9. Ciclu integrat de conversie biochimic ă și termochimic ă a materialului vegetal în biocombustibili,
amelioratori de sol, c ăldură și energie electric ă.

De menționat că subprodusele rezultate la distilarea bioetanolului fabricat din fermentarea zaharurilor hidrolizate
din biomas ă sunt și ele valorificate, prin producerea de biogaz și de compost.
Ultimele tipuri de sisteme integrate care vor fi prezente aici sunt cele care iau în considerare fixarea de c ătre alge a
bioxidului de carbon în vederea producerii de biodiesel, biopesticide și amelioratori de sol.
In perioada anilor ’80, Departamentul Energiei al SUA a finan țat considerabil activitati de C-D din “Programul
speciilor acvatice”, pentru producerea de carburan ți din cianobacterii sau din microalge (biodiesel) pe scara mare, in
sisteme consacrate. Acest efort a culminat cu o operarea unei instala ții pilot pe 0,2 ha in Roswell, New Mexico, când s-a
demonstrat capacitatea tulpinilor selectate de alge/cianobacterii de a fixa foarte eficient CO 2 în bazine joase agitate de roti
cu pale . In timpul anilor ’90, Japonia a sponsorizat RITE (Cercetari pentru Tehnologii Inovative ale Pamântului), fiind
făcut un foarte mare efort de C-D privind cianobacteriile / microalgele utilizate pentru fixarea CO 2 din gazele de ardere de
la termocentrale si reducerea GHG, cu accentul pe folosirea fotobioreactoarelor închise cu diferite modele, in special din
fibra optica si producerea unor produse secundare cu valoare mare. In final s-a dovedit ca bazinele deschise (majoritatea de tipul celor joase agitate de roti cu pale) constituie o metoda de produc ție cu cost mai eficient decât fotobioreactoarele.
Europa este de asemenea o parte din eforturile de cercetare a diminu ării impactului GHG prin fixare cu cianobacterii /
microalge. Se vor prezenta aici câteva exemple. EniTecnologie (Italia) a dezvoltat în 2005 un sistem pilot pentru utilizarea
CO
2 fosil emis de la o termocentrala NGCC pentru a produce biomasa cianobacteriana. In cadrul re țelei EUREKA,
proiectul BIOFIX E3650, Institutul de Microbiologie de la Academia Ceha de Științe, Institutul pentru Cercetarea
Carburanților de la Praga si Institutul pentru Procesarea Cerealelor, departamentul Alge din Germania au început, pe 1
ianuarie 2006, un proiect pentru utilizarea CO 2 din gazele de ardere pentru cre șterea recoltei produse de microalge. Un

studiu de fezabilitate a început recent (in vara anului 2005) la Universitatea Interna ționala Bremen. Proiectul va investiga
perspectiva dezvolt ării unui sistem fotosintetic pe scara larga pentru controlul gazelor de sera. Scopul este utilizarea
cianobacteriilor ca sechestranti naturali pentru emisiile de CO 2 de la o termocentrala pe c ărbune EON Ruhrgas de 350 MW
la Bremen.
Toate aceste noi cercet ări sunt menite s ă dezvolte noi c ăi de fixare (eficient ă și sigură pentru mediu) a bioxidului
de carbon, în paralel cu producerea de biocombustibili.