- Naftas industrijā jau vairākus gadus domā par izejvielu maiņu
- Degvielas ražošanai ir nepieciešama precīza atkritumu šķirošana
- Degvielas ražošanā sīki nodala dažādus piejaukumus, un testi notiek krasi atšķirīgās temperatūrās
- Arī Latvijā pārbauda degvielas efektivitāti un izmešu apmēru, kā arī meklē jaunus degvielas veidus
- Degvielas ražošanai der arī grunduļi
- Spēkratus varētu darbināt arī ar salmiem
- Vēl viens degvielas resurss - baktērijas
Degvielas resursus meklē eļļā un polietilēnā
Ierasts domāt, ka naftas pārstrādes rūpnīcas ir vietas, kur naftu pārstrādā, uzlabo un kur tā pārtop par degvielu. Tomēr patiesībā naftas pārstrādes rūpnīca var arī no lietām, kas nepavisam nav nafta, iegūt kaut ko, kas ļoti līdzinās naftai.
Nu jau vairākus gadus naftas pārstrādes industrijā nopietni domā par izejvielu maiņu.
Proti, kā tikt pie naftas, to neizrokot no zemes dzīlēm. Liekot lietā ķīmijas zināšanas, dažviet jau izdevies pārvērst vielu formulas līdz nepazīšanai.
Cepamā eļļa, palmu eļļa, pat polietilēna maisiņi - tas viss var kļūt par degvielu, kas izskatās kā tīrs ūdens.
Tomēr tā nav tīrs ūdens, tā ir degviela, ar ko jau brauc automašīnas. Piemēram, ir dažāda veida plastmasas atkritumi, kurus ar noteiktām tehnoloģijām var sašķidrināt un apstrādāt. Lai tiktu pie degvielas, vispirms vielas ir jāattīra no dažādiem piejaukumiem, tad tās liek reaktoros, kur ar ūdeņraža palīdzību no vielām paņem nost skābekļa atomus. Tālāk noteiktos apstākļos tos var pārvērst vielu molekulās, kas ir nedaudz citādākas.
Pēdējos 10 gados daudz strādāts pie tā, lai atrastu labākos veidus, kā attīrīt izejvielas un iegūt tās lielos apjomos. Tieši tāpēc, lai arī degvielai izmanto atkritumvielas, tām tik un tā jāatbilst noteiktai kvalitātei.
Tā kā no izejvielām jāattīra dažādi piejaukumi, ir ļoti būtiski zināt, kas tieši ir izejvielu sastāvā. Piemēram, eļļa, kurā cepta vista vai kartupeļi, ir ar atšķirīgu sastāvu, vienā gadījumā klāt būs vairāk sāls, otrā dzīvnieku izcelsmes tauki. Degvielas ieguvē tā ir ļoti būtiska atšķirība. Tāpēc cilvēki izmanto eļļu no industrijas un lielajiem uzņēmumiem, nevis mājsaimniecībām. Dzīvnieku tauku gadījumā izejmateriālus ņem no lopkautuvēm.
Degvielai der arī aļģes
Izejmateriāli atjaunojamai dīzeļdegvielai var būt ne tikai atkritumu produkti, bet arī aļģu audzes.
Tas arī padara degvielu par atjaunojamu resursu, jo tās ieguvē kaut kas nevis tiek izcelts no zemes dzīlēm un vēlāk izmests atmosfērā, bet gan izaudzēts, uzņemot no atmosfēras tur pārlieku lielā daudzumā esošās vielas.
“Šīs ir esošās izejvielas, bet ir arī tādas, kuras vēl tikai mācāmies attīrīt, lai varētu izmantot degvielas ražošanā. Piemēram, te ir dažāda veida plastmasas atkritumi, kurus ar noteiktām tehnoloģijām var sašķidrināt un apstrādāt,” norāda “NESTE” Izpētes un attīstības viceprezidents Petri Lehmuss. “Lai tiktu pie degvielas, vispirms vielas ir jāattīra no dažādiem piejaukumiem, tad tās liek reaktoros, kur ar ūdeņraža palīdzību no vielām paņem nost skābekļa atomus. Tālāk, noteiktos apstākļos, mēs pārvēršam vielu molekulas nedaudz citādākās,” saka Lehmuss.
“Protams, ka šāda veida izejvielu izmantošana izmaksā daudz dārgāk nekā naftas ieguve un jēlnaftas pārstrāde,” viņš turpina. “Taču, rēķinot kopējos ieguvumus un zaudējumus, ir jāņem vērā oglekļa dzīves cikls kopumā. Ir jāskaita, kuros posmos, ražojot degvielu, mēs varam palīdzēt samazināt oglekļa dioksīda daudzumu. Ja audzējam aļģes vai pārstrādājam reiz jau saražotu plastmasu, kuras sastāvā ir nafta, tad mēs ietaupām uz tā, ka neveidojas jauns emisiju avots,” norāda “NESTE” viceprezidents.
Tie vēl ir materiāli, kas ir kā atkritumi. Lai no atkritumiem tiktu līdz resursiem, vēl tāls ceļš ejams, un tieši tad var pārliecināties, kāpēc ir vērts šķirot atkritumus.
Atkritumi ir jāšķiro patiešām precīzi, sadalot pat plastmasu dažāda veida kategorijās - tas tāpēc, ka atšķirīgiem plastmasas produktiem ir atšķirīgs ķīmiskais sastāvs.
Tas ir būtiski tālākās materiāla apstrādes laikā.
Ietekmi uz dzinēju pārbauda, 32 stundās iztērējot 700 litrus degvielas
Lai absorbcija varētu notikt, nepieciešams karstums. Kad eļļa uzkarst, pievienotā viela tajā izšķīst. Šajā gadījumā mums no eļļas ir jānodala cietās daļiņas un sāls piejaukumi.
Nākamais solis ir to pakļaut vakuuma filtram. Īpašā ierīcē tiek radīti visi nepieciešamie apstākļi, lai absorbētās daļiņas varētu notvert filtrā. Dažas minūtes, un traukā jau parādās tīra eļļa. “Te, lūk, var redzēt rezultātu - ne vienmēr izdodas iegūt tik dzidru izejvielu. Viela tiešām ir mainījusies - krāsa ir spilgtāka, dzidrāka, esam noņēmuši nost cietās daļiņas. Tas arī ir tas, ar ko te diendienā darbojamies - pārbaudām dažādas tehnoloģijas un cenšamies saprast, kas kam der un kas neder,” komentē inženieris Juka Peka-Pānens.
Kad degvielai veikti visi testi ķīmiskā laboratorijā, laiks pārbaudīt vietā, kur var imitēt braukšanas apstākļus. To var darīt īpašā laboratorijā, kur var imitēt gan 30 Celsija grādu karstumu, gan 30 grādu aukstumu.
“Ar šo automašīnu mēs pārbaudām degvielu - kā tā darbojas dažādos laika apstākļos un vai tā neatstāj negatīvu ietekmi uz automašīnas dzinēju. Ir ļoti būtiski veikt šo pārbaudi nevis uz īsta ceļa, bet gan laboratorijā, jo uz ceļa mēdz būt dažādi mainīgie faktori, piemēram, vēja virziena un stipruma izmaiņas, satiksmes intensitāte, arī gaisa temperatūras svārstības,” atzīmē inženieris Juka Nuotimaki. “Pasmaržosim, ar ko atšķiras dažādas dīzeļdegvielas. Šobrīd eksistējošā dīzeļdegviela smaržo ļoti izteikti, bet arī alternatīvā, lai arī atgādina ūdeni, tomēr smaržo spēcīgāk, ar ūdeni nesajauksi.
Aromātiskās piedevas ne tikai liek degvielai izteikti smaržot, bet arī aiz sevis atmosfērā atstāj virkni nevēlamu gāzu. Bet, lai noteiktu, vai jaunizveidotajā degvielā ir vielas, kas negatīvi ietekmētu pašu automašīnu, atsevišķām pārbaudēm pakļauj konkrētas automašīnas daļas.
“Lai pārbaudītu konkrētās degvielas ietekmi uz konkrētas automašīnas dzinēju, tiem jāļauj darboties pastiprinātas slodzes apstākļos. Piemēram, šim auto jāļauj darboties 32 stundas, patērējot 700 litrus degvielas,”
komentē Nuotimaki. “Tas ir diezgan īss testa laiks, bet šajās stundās patērētais degvielas daudzums panāk tādu dzinēja slodzi, it kā mašīna būtu nobraukusi 100 000 kilometru. Mēs parasti pēc šādiem braucieniem skatāmies, vai viss ir kārtībā ar dzinēju, degvielas sūkni, degvielas padeves sistēmu, cilindriem un virzuļiem,” sacīja Nuotimaki.
Jākoncentrējas uz to, kā citiem radīt jaunas izejvielas degvielai
Arī Latvijā ir laboratorijas, kur pārbauda degvielu -
te gan nejauc ārā dzinējus, bet lūko, cik tā efektīva un kādus izmešus aiz sevis atstāj.
Arī te svarīgi, lai rezultāti būtu salīdzināmi, tāpēc brauciens notiek nevis īstās ielās, bet virtuālajā realitātē. “Automašīnas izpūtējā ir ievietota zonde atgāzu mērīšanai, kas ik sekundi uztver visu, kas notverams izplūdes gāzēs. Te arī pārbaudīts, vai atjaunojamā dīzeļdegviela, kuras formula ir teju identiska naftai, atmosfērā izpludina atšķirīgas gāzes,” klāsta Latvijas Lauksaimniecības universitātes asociētais profesors Vilnis Pīrs. “Par atgāzēm runājot, ir komponentes, kuras kļūst krietni mazākas, bet gadās arī tā, ka tās pieaug un ir lielākas par atgāzēm, ko atstāj fosilā degviela. Ietekme ir katrai automobiļa markai, jo automobiļi ir ļoti dažādi. Ir novērots, ka, ja CO2 komponente samazinās, tad NOX reaģē dažādi, dažiem dzinējiem tā pieaug, bet kopumā būtiskākās komponentes parasti samazinās. Centienos tikt pie jauna tipa degvielām, kuras sintezē laboratorijā un kuras ir videi draudzīgākas, galvenā problēma ir izmaksas. Dabūt videi draudzīgāku degvielu, kas būtu lētāka par fosilo, šobrīd ir liels izaicinājums. Ja ir videi draudzīgāka, tad parasti iegūšanā dārgāka par fosilo degvielu - tas ir galvenais traucēklis, kas ierobežo tās izmantošanu,” pauž Pīrs.
Lai meklētu veidus, kā lētāk tikt pie kā līdzīga, arī Latvijā mēģina radīt tā saucamos atjaunojamos ogļūdeņražus.
Tikai te, bez naftas pārstrādes rūpnīcas, to iespējams darīt tikai zinātniskajās laboratorijās. Lai no ziepēm, cepamās eļļas vai tamlīdzīgām vielām tiktu pie vielas, kas ķīmiski līdzinās naftas produktiem, vajadzīgs kāds īpašs reaktors, kurā ir augsts spiediens un augsta temperatūra. “Mēs uzpildām reaktoru un tad pielāgojam apstākļus – no produkta atkarīgs, kādā veidā. No šādas rapšu eļļas varam iegūt tikai divu veidu ogļūdeņražus – viens ir šķidrs, bet otrā ir vairāk oglekļa, tāpēc tas ir ciets,” komentē Rīgas Tehniskās universitātes (TRU) Lietišķās ķīmijas institūta vadošais pētnieks Kristaps Māliņš.
Rūpnīcās vai reaktoros, bet vielu ķīmisko formulu var pārvērst līdz nepazīšanai. Dažkārt ir pat grūti pateikt, vai sākums visam bijis īsta nafta vai pārstrādāti atkritumi. Tāpēc nezinātājam esot itin viegli uzdot par atjaunojamu resursu to, kas patiesībā nemaz tāds nav. “Ir speciālas metodes, kas balstās uz radioaktīvā oglekļa mērījumiem un tā izgaišanu vai pazušanu. Ja nafta veidojusies 700 miljonu gadu laikā, pa šo laiku izotops ir sadalījies un naftā nav atrodams. Bet atjaunojamā degvielā ir, un tā var noteikt degvielas vecumu. Mums ir eļļas vai tauki ar pietiekoši garu oglekļa virkni, mums ir tikai tā jāsadala - atbrīvojamies no skābekļa un iegūstam ogļūdeņražus tieši tādus pašus kā naftā,” norāda Rīgas Tehniskās universitātes (RTU) profesors Valdis Kampars.
Latvijā ir par dārgu ražot atjaunojamos ogļūdeņražus komerciālos apmēros, tāpēc speciālisti uzskata, ka drīzāk jāstrādā pie tā, kā radīt citiem vajadzīgas izejvielas.
Šobrīd Latvijas pētnieki meklē tehnoloģijas, kas ļautu iegūt vērtīgus degvielas blakusproduktus. Piemēram, Latvijā biodegvielas ražošanas laikā rodas industriālais glicerīns, kura vērtība tirgū ir zema. Tāpēc, mainot ķīmiskās reakcijas, tā vietā cer iegūt ko citu. “Biodīzeli rūpnieciski ražo no rapšu eļļas un metilspirta, tā rezultātā rodas 10% glicerīna pārpalikuma, kas nav vajadzīgs. Lai nerastos glicerīns, mēs strādājam metilspirta vietā ar metilacetātu, un tam jau ir pavisam cita reakcija,” sacīja RTU Lietišķās ķīmijas institūta pētniece Zane Šustere.
Zivjaudzētavās izmanto glicerīnu un citus atkritumu produktus
Kamēr ķīmiķi meklē, kā aizstāt glicerīnu, vides inženieri atraduši veidu, kā to izmantot.
Piemēram, lai zivjaudzētavās zivis nebūtu jābaro ar citām nozvejotām zivīm, atrasts veids, kā zivju barības ražošanā likt lietā glicerīnu un citus atkritumproduktus.
“Zivju barība sastāv no diviem elementiem – proteīna un eļļas bāzes, galvenokārt to iegūst no dabiskā veidā nozvejotām zivīm. Lai samazinātu nozveju, kas tiek izmantota rūpnieciskajā pārstrādē, un lai akvakultūra saņemtu visu, ko tai vajag, mums ir ideja aizstāt dabisko nozveju un izmantot barību no citām industrijām,” stāsta RTU Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūta pētnieks Krišs Spalviņš.
Cilvēku ir daudz, un jomas, kur lietojam degvielu – visdažādākās. Tāpēc arī degviela nekad nebūs viena vienīgā - kādam tā būs no zemes dzīlēm izcelta vai no atkritumiem radīta nafta, citam biogāze un vēl kādam ūdeņradis. Bet arī to visu var iegūt, gudri pārstrādājot jau apkārt esošos pārpalikumus. “Mēs audzējam mikro aļģes, pētām to ietekmi un piedevas, lai iegūtu biogāzi. Bet, lai rezultāts būtu labāks, mēs barojam tās ar atkritumproduktiem,” norāda RTU Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūta pētnieks Artūrs Grunduls.
Te pēta gan tās aļģes, ar kurām aizaug Latvijas ūdenstilpnes, gan tādas, kas speciāli audzētas laboratorijā. Lai tās ražotu iespējami daudz gāzes, aļģes baro ar notekūdeņu dūņām un to, kas, uzkrājoties apkārtējā vidē, cilvēkiem rada neērtības. “Aļģēm nepieciešams slāpeklis, fosfors, viss tas, ar ko aizaug ūdenstilpnes,” stāsta RTU pētnieks Kaspars Ivanovs. “Mēs varam paralēli attīrīt ūdeni un iegūt biomasu, kas nepieciešama biogāzes ražošanai. Aļģu ēdienkarte ir pārsteidzoša – tām itin labi garšo arī ogļskābā gāze, kas uzkrājas atmosfērā un kura veicina globālo sasilšanu. Tad nu, ja reiz aļģes labprāt patērē CO2, mūsu uzdevums saprast, kādos tieši apstākļos tās šo gāzi uzņem visvairāk. Kad tās labi paēdušas, laiks pārbaudīt, cik daudz gāzes tās saražojušas,” pauž Ivanovs. “Iegūtajā biogāzē ir divas sastāvdaļas, metāns un ogļskābā gāze. Pārbaudot gāzes daudzumu un tās degšanas liesmu, iespējams noteikt, kura izejviela tad veiksmīgāk ražo tālāk izmantojamo metānu. Biogāzes ražošanā bez aļģēm derīgas var būt arī zivis, kas ienākušas Baltijas jūrā, strauji savairojušās un atņēmušas vietējām zivīm barību,” stāsta Ivanovs.
Baltijas jūrā daudz atrodamie jūras grunduļi ir labs materiāls biodegvielas ražošanā.
Grunduļi pārstrādātā veidā ir labs substrāts biogāzei, kas var būt kā papildu biomasas avots. Biogāzei interesanti tas, ka šīs zivis var skābēt, var uzglabāt istabas temperatūrā, no enerģijas viedokļa tas ir izdevīgi, jo parasti resursu glabāšanai nepieciešama saldētava.
Apaļais jūras grundulis ar savu agresīvo uzvedību panācis, ka tā izmantošanas iespējas meklētas visdažādākajās jomās.
Salmi, enzīmi, sēnes... bet beigās degviela
Mazāk saistoši resursu ieguvē pētniekiem likušies salmi. Vai ticēsiet, ka ar salmiem arī var darbināt spēkratus?
“Pirmā apstrāde būs sasmalcināšana, pēc tam salmu masu uzvārām, līdzīgi, kā ražojot spirtus, izmantojot graudus, tad, kad iegūst smalkas frakcijas, liek klāt bioloģiskas vielas, ko sauc par enzīmiem.
Tos vienkāršāk nopirkt, bet var arī saražot un iegūt no sēnēm,” saka RTU asociētā profesore Linda Mežule. “Sēnes ir īpašas ar to, ka tās izdala materiālu, kas palīdz sadalīt salmus tik tālu, ka dažādu mikroorganismu ietekmē tie pārvēršas cukura šķīdumā. Mēs to sakoncentrējam un dabūjam melisai līdzīgu brūnu šķīdumu, šis cukurūdens ir barība baktērijām, kuras palīdz iegūt produktus, kas ir sastāvdaļas biodegvielai – tie ir spirti,” norāda Mežule.
Iegūstot degvielu no salmiem, iespējams aizvietot augstvērtīgus lauksaimniecības produktus, ko šobrīd izmanto biodegvielas ražošanā.
Līdzīgi varētu rīkoties arī ar koksnes atlikumiem un citu augu valsts produktu pārpalikumiem. Tā nu sanāk, ka šī ir tāda kā miniatūrā versija tam, kā cilvēki var dzīvot bez atkritumiem, viss, kas ražošanas procesā rodas, tiek savākts un izmantots vēlreiz.
Salmi nav bagātīga augsne degvielai, bet dažādas vielas un baktērijas tos spēj pārvērst līdz nepazīšanai.
Ūdeņradis, degšūna... un atkal degviela!
Baktērijas savu uzvaras gājienu pieteikušas arī ūdeņraža degvielas frontē.
Jau pirms laba laika viss sākās Daugavas krastā, kur Cietvielu fizikas institūta pētnieki dūņās atrada interesantus mikroorganismus. “Ūdenī var redzēt, ka ir liels daudzums visa kā – dūņas tajā atrodamas lielā apmērā. Baktēriju, kas ražo ūdeņradi, ir daudz, bet specifiski jāpameklē, tāpēc ņemšu lielāku paraugu kopumu, lai varu izvēlēties,” norāda Latvijas Universitātes (LU) Bioloģijas fakultātes pētniece Ilze Dimanta.
Tālāk baktērijas atlasa un laboratorijā audzē tās, kas visvairāk spēj ražot ūdeņraža gāzi. Lai tās augtu griezdamās, tās aprūpē gluži kā bērnus, meklējot tām piemērotākos apstākļus un barības vielas. Kad ūdeņradis saražots, to nomēra un uzkrāj.
Ar ūdeņraža balonu vien ir par maz - lai ūdeņradis dzītu uz priekšu riteņus, nepieciešama arī degšūna jeb tā saucamais ūdeņraža mobiļa akumulators.
“Te ir 10 šūniņas rindā, katra var saražot spriegumu, kas griež elektromotoru. Pa vienu galu nāk ūdeņradis, pa otru paņem skābekli. Rezultātā no izpūtēja ārā nāk nevis gāze, bet ūdens tvaiks,” klāsta Cietvielu fizikas institūta pētnieks Pēteris Lesničenoks.
Liekas prātam neaptverami, ka jaudu šiem riteņiem piešķir ķīmiska reakcija mazajos ūdeņraža atomos. Tie gan izpelnījušies sliktu slavu sprādzienbīstamības dēļ.
Bet bažām nav pamata - ūdeņradis, kā jau gaistoša viela, avārijas gadījumā pazustu pirmais. Bija drošības testi, kur avārijas gadījumā ūdeņradis kā viegla gāze paceļas uz augšu un pusminūtē atstāj bāku. Benzīns, kā mēs zinām, turpina pludot un izraisa sprādzienu vēl automašīnā. Tāpēc no drošības viedokļa drošāk ir sēdēt automašīnā, kuru darbina ūdeņradis, nekā tajā, kura brauc ar benzīnu.
Resursus vajag un vajadzēs, tāpēc labākais veids, kā pie tiem tikt, ir nevis tos izsmeļot, bet radot! Turklāt ar milzīgp apjomu atkritumu, kas rodas no cilvēka ikdienas, dot resursiem otru dzīvi ir vienīgā izeja, kā tajos nepazust.
