ANALIZA ŽIVLJENJSKEGA CIKLA PROCESOV PROIZVODNJE

Diplomsko delo

ANALIZA ŽIVLJENJSKEGA CIKLA PROCESOVPROIZVODNJE BIOETANOLA S PROGRAMSKIM

ORODJEM openLCA

September, 2016 Gašper Kozlovič

Gašper Kozlovič

ANALIZA ŽIVLJENJSKEGA CIKLA PROCESOVPROIZVODNJE BIOETANOLA S PROGRAMSKIM

ORODJEM openLCA

Diplomsko delo

Maribor, 2016

Analiza življenjskega cikla procesovproizvodnje bioetanola s programskim

orodjem openLCADiplomsko delo visokošolskega študijskega programa

Študent: Gašper Kozlovič

Študijski program: visokošolski strokovni program I. stopnje, kemijska tehnologija

Predvideni strokovni naziv: diplomirani inženir kemijske tehnologije (VS)

Mentorica: doc. dr. Lidija Čuček

Komentor: red. prof. dr. Zdravko Kravanja

Maribor, 2016

Analiza življenjskega cikla procesov proizvodnje bioetanola s programskim orodjem openLCA

Kazalo

Kazalo...................................................................................................................................................I

Izjava....................................................................................................................................................II

Zahvala...............................................................................................................................................III

Povzetek.............................................................................................................................................IV

Abstract................................................................................................................................................V

Seznam tabel......................................................................................................................................VI

Seznam slik.......................................................................................................................................VII

Seznam diagramov..........................................................................................................................VIII

Uporabljene kratice............................................................................................................................IX

1 Uvod.................................................................................................................................................1

2 Teoretični del....................................................................................................................................2

2.1 Proizvodnja bioetanola.............................................................................................................2

2.1.1 Proizvodnja bioetanola s fermentacijo..............................................................................2

2.1.2 Fermentacijske metode......................................................................................................4

2.1.3 Surovine in postopki.........................................................................................................6

2.1.4 Čiščenje in ločevanje.......................................................................................................12

2.2 Okoljska problematika............................................................................................................15

2.2.1 Uporaba fosilnih goriv....................................................................................................15

2.2.2 Zmanjševanje izpustov toplogrednih plinov...................................................................18

2.3 Analiza življenjskega cikla (LCA)..........................................................................................19

2.3.1 Glavne lastnosti metode LCA.........................................................................................20

2.3.2 Faze LCA analize............................................................................................................22

2.4 Programsko orodje OpenLCA................................................................................................30

2.4.1 Značilnosti openLCA 1.4................................................................................................30

2.4.2 Baza podatkov za LCA...................................................................................................31

3 Praktični del....................................................................................................................................33

3.1 Obseg in namen......................................................................................................................33

3.2 Analiza inventarja...................................................................................................................33

3.2.1 Bioetanol iz sladkornega trsa..........................................................................................33

3.2.2 Bioetanol iz sladkorne pese.............................................................................................35

3.2.3 Bioetanol iz koruze.........................................................................................................36

3.2.4 Bioetanol iz pšenice........................................................................................................37

3.3 Ocena vplivov.........................................................................................................................38

3.4 Rezultati z interpretacijo.........................................................................................................39

4 Zaključek........................................................................................................................................47

5 Viri in literatura..............................................................................................................................48

I


Izjava

Izjavljam, da sem diplomsko delo izdelal sam, prispevki drugih so posebej označeni. Pregledal semliteraturo s področja diplomskega dela po naslednjih geslih:

Vir: Google Scholar (https://scholar.google.si/)

Gesla: Število referenc:

ethanol from sugar beets IN ethanol from sugar cane IN ethanol from corn INethanol from wheat

5

life cycle assessment IN LCA guide 2

Skupno število pregledanih člankov: 46

Skupno število pregledanih knjig: 5

Maribor, september 2016 Gašper Kozlovič

II

https://scholar.google.si/


Zahvala

Zahvaljujem se mentorici doc. dr. Lidiji Čuček in komentorjured. prof. dr. Zdravku Kravanja za pomoč in vodenje pri opravljanjudiplomske naloge.

Zahvaljujem se tudi Mileni Čančula, ki je slovnično pregledaladiplomsko nalogo.

Posebna zahvala gre mojim staršem, ki so mi omogočili študij in me prinjem podpirali.

III


Analiza življenjskega cikla procesov proizvodnje bioetanola sprogramskim orodjem openLCA

Povzetek

Namen diplomske naloge je bil izvesti analizo življenjskega cikla proizvodnje bioetanola sprogramskim orodjem openLCA. Analiza življenjskega cikla je opravljena za postopek proizvodnjeetanola iz lahko fermentirajočih ogljikovih hidratov (sladkorjev) in za postopek proizvodnje izškrobnih surovin. Kot surovine, ki vsebujejo pretežno sladkor so izbrane sladkorni trs in sladkornapesa, škrobne surovine pa koruza in pšenica. Za sladkorni trs in koruzo je analiza opravljena tudi zaprimer dolgih transportnih poti.

Dobljene rezultate smo primerjali med seboj in ugotavljali, kateri postopek in katera surovina sta izokoljskega vidika najprimernejša. Dobljene rezultate smo primerjali tudi s podatki okoljskihvplivov proizvodnje bencina ter ugotavljali ali je uporaba bioetanola sprejemljivejša.

Na podlagi izvedenih analiz smo ugotovili, da ima najmanjše okoljske vplive postopek proizvodnjebioetanola iz lahko fermentirajočih ogljikovih hidratov in sicer iz sladkornega trsa. V primerjavi zuporabo bencina je boljša uporaba etanola iz sladkornega trsa in koruze, ker imata manjšeekvivalentne emisije CO2. V primeru dolgih transportnih poti surovin je bolj smiselna uporababencina.

Ključne besede: Vplivi na okolje, analiza življenjskega cikla, proizvodnja bioetanola, openLCA

UDK: 543.6:004.4'22(043.2)

IV


Life cycle assessment of bioethanol production processeswith the openLCA

Abstract

The purpose of this thesis was to perform the life cycle assessment of bioethanol production withthe openLCA software. Life cycle assessment is performed for the processes of ethanol productionfrom readily fermentable carbohydrates (sugars) and from raw materials containing starch. For theprocess with sugars, sugar cane and sugar beets were chosen as raw materials, while as rawmaterials containing starch, corn and wheat were selected. For sugar cane and corn also the analysisfor the case of long transport routes was carried out.

The results obtained were compared, and the most suitable which processes and raw materials wereidentified from the environmental point of view. The results were compared with the data regardingthe environmental impact of the production of gasoline. Analysis was made whether the use ofbioethanol is environmentally more acceptable than the use of gasoline.

On the basis of the analyses carried out, it was found that the production of bioethanol from readilyfermentable carbohydrate, namely sugar cane has the smallest environmental impact. The lowestCO2 equivalent emissions has the ethanol derived from sugar cane. In comparison with the use ofgasoline it is environmentally better to use the ethanol from sugar cane or maize, because they havelower CO2 equivalent emissions. In the case of long transport routes of raw materials it is moresuitable to use gasoline.

Key words: Environmental impacts, life cycle assessment, production of bioethanol, openLCA

UDK: 543.6:004.4'22(043.2)

V


Seznam tabel

Tabela 1: Vhodi v proces proizvodnje etanola iz sladkornega trsa pri dolgi transportni poti [18].....34

Tabela 2: Vhodi v proces proizvodnje etanola iz sladkornega trsa pri kratki transportni poti [18].. .34

Tabela 3: Izhodi iz procesa proizvodnje etanola iz sladkornega trsa [18], [19].................................35

Tabela 4: Vhodi v proces proizvodnje etanola iz sladkorne pese [20]...............................................35

Tabela 5: Izhodi iz procesa proizvodnje etanola iz sladkorne pese [20]............................................36

Tabela 6: Vhodi v proces proizvodnje etanola iz koruze pri dolgi transportni poti [6], [20].............36

Tabela 7: Vhodi v proces proizvodnje etanola iz koruze pri kratki transportni poti [6] [20].............37

Tabela 8: Izhodi s procesa proizvodnje etanola iz koruze [6]............................................................37

Tabela 9: Vhodi v proces proizvodnje etanola iz pšenice [21]...........................................................38

Tabela 10: Izhodi s procesa proizvodnje etanola iz pšenice [21].......................................................38

Tabela 11: Rezultati okoljskih vplivov proizvodnje bioetanola, pridobljeni s programskim orodjem openLCA............................................................................................................................................40

Tabela 12: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz sladkornega trsa pri dolgi transportni poti..........42

Tabela 13: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz sladkornega trsa pri kratki transportni poti.........42

Tabela 14: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz sladkorne pese.....................................................42

Tabela 15: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz koruze pri dolgi transportni poti..........................42

Tabela 16: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz koruze pri kratki transportni poti.........................43

Tabela 17: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz pšenice.................................................................43

VI


Seznam slik

Slika 1: Proces proizvodnje etanola iz sladkornega trsa, (spremenjeno iz [6])....................................7

Slika 2: Proizvodnja etanola iz koruze (spremenjeno iz [6])................................................................9

Slika 3: Proizvodnja etanola iz pšenice ali krompirja, (spremenjeno iz [6])......................................10

Slika 4: Faze analize LCA (povzeto iz [12])......................................................................................23

Slika 5: Shema vhodov in izhodov iz procesa pridobivanja etanola iz sladkornega trsa pri dolgi transportni poti....................................................................................................................................34

Slika 6: Shema vhodov in izhodov iz procesa pridobivanja etanola iz sladkornega trsa pri kratki transportni poti....................................................................................................................................34

Slika 7: Shema vhodov in izhodov iz procesa pridobivanja etanola iz sladkorne pese......................35

Slika 8: Shema vhodov in izhodov iz procesa pridobivanja etanola iz koruze pri dolgi transportni poti......................................................................................................................................................36

Slika 9: Shema vhodov in izhodov iz procesa pridobivanja etanola iz koruze pri kratki transportni poti......................................................................................................................................................37

Slika 10: Shema vhodov in izhodov iz procesa pridobivanja etanola iz pšenice...............................38

VII


Seznam diagramov

Diagram 1: Podnebne spremembe – GWP100, dnevne emisije za 500 m3 etanola...........................41

Diagram 2: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz sladkornega trsa pri dolgi transportni poti.........43

Diagram 3: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz sladkornega trsa pri kratki transportni poti........44

Diagram 4: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz sladkorne pese....................................................44

Diagram 5: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz koruze pri dolgi transportni poti........................44

Diagram 6: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz koruze pri kratki transportni poti.......................45

Diagram 7: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz pšenice...............................................................45

VIII


Uporabljene kratice

ATP adenozintrifosfat

CAM crassulacean acid metabolism (metabolizem kisline v tolstičevkah)

CML Centrum voor Milieuwetenschappen (Center znanosti o okolju)

DDGS dried distillers grains with solubles (posušena zrnja destilacije z ekstraktom)

FAETP fresh-water aquatic ecotoxicity potential (potencial sladkovodne ekotoksičnosti)

HTP human toxicity potential potencial toksičnosti za človeka)

IPCC Intergovernamental Panel on Climate Change (Medvladni forum za spremembo podnebja)

ISO International Organization for Standardization (Mednarodna organizacija za standardizacijo)

LCA Life Cycle Assessment (ocena življenjskega cikla)

LCI Life Cycle Inventory (inventar življenjskega cikla)

LCIA Life Cycle Impact Assessment (ocena vpliva življenjskega cikla)

MAETP marine aquatic ecotoxicity potential (potencial morskovodne ekotoksičnosti)

NOx dušikovi oksidi

ODP ozone layer depletion potential (potencial tanjšanja ozonske plasti)

TETP terrestrial ecotoxicity potential (potencial kopenske ekotoksičnosti)

UNEP United Nations Environment Programme (Program Združenih narodov za okolje)

UNFCCC United Nations Framework Convention on Climate Change (Okvirne konvencije Združenih narodov o spremembi podnebja)

WMO World Meteorological Organization (Svetovna meteorološka organizacija)

IX


1 Uvod

V zadnjih desetletjih se ljudje vedno bolj zavedamo okoljskih vplivov zaradi onesnaževanja, ki se jezačelo z industrijsko revolucijo. Z uporabo fosilnih goriv se spuščajo v ozračje toplogredni plini kotso ogljikov dioksid, metan in dušikovi oksidi, kar ima za posledico segrevanje ozračja. Izpušča setudi žveplov dioksid, ki v kombinaciji z dušikovimi oksidi tvori kisli dež, freoni v kombinaciji zdušikovimi oksidi pa uničujejo stratosferski ozon [1].

Konec leta 1997 je bil pod okriljem Združenih Narodov sprejet Kjotski protokol, ki predvidevazmanjšanje izpustov toplogrednih plinov na 5,2 % nižjo vrednost kot leta 1990 [2]. V okviru tegaprotokola je Evropska unija sprejela direktivo, ki predvideva, da bo do leta 2020 20 % energijeizhajalo iz obnovljivih virov [3].

Kot alternativno pogonsko gorivo in dodatek k bencinu se uveljavlja uporaba etanola. Bioetanol jeetanol pridobljen najpogosteje s fermentacijo surovin s sladkorji ali drugih snovi, katere se lahkopretvori v sladkorje, takšna sta npr. škrob in celuloza [4].

Namen diplomske naloge je s pomočjo programskega orodja openLCA izračunati okoljske vpliveproizvodnje bioetanola za različne postopke in različne surovine. OpenLCA je programsko orodjeza analizo življenjskega cikla proizvoda.

Izbrali smo postopek proizvodnje etanola iz rastlin, ki vsebujejo lahko fermentirajoče ogljikovehidrate (sladkorje). Pri tem postopku smo izbrali za vhodni surovini sladkorni trs, ki se najpogostejeuporablja v Braziliji in sladkorno peso, ki je bolj pogosta v Evropi in ostalih predelih sveta. Kotdrugi postopek smo izbrali proizvodnjo etanola iz rastlin, ki vsebujejo škrob. Za vhodni surovinismo izbrali koruzo, ki se najpogosteje uporablja v severni Ameriki in pšenico, ki se pogostouporablja v Evropi.

Izvedli smo analize življenjskega cikla bioetanola s programskim orodjem openLCA. Za izračunrezultatov smo uporabili CML metodologijo, ki velja za najbolj popolno in je najpogostejeuporabljena. Ugotavljali smo, po katerem postopku pridobljen etanol ima najmanjše negativnevplive na okolje in iz katerih surovin. Postavili smo hipotezo, da je uporaba bioetanola okoljskoboljša od uporabe bencina. Preverili pa smo tudi ali je uporaba bioetanola pri dolgih transportnihpoteh boljša od uporabe bencina.

Diplomsko delo je sestavljeno iz teoretičnega dela, praktičnega dela ter rezultatov in diskusije. Vprvem delu so opisni različni postopki proizvodnje etanola, opisane so možne vhodne surovine terpostopki ločevanja alkohola. Opisani so tudi okoljska problematika in vplivi emisij na okolje. V temuvodnem delu je predstavljena analiza življenjskega cikla (LCA) ter faze dela in postopki prianalizi. V praktičnem delu so faze dela, ki so opisane v teoretičnem delu, izvedene na primerihproizvodnje bioetanola. Opravljene so analize proizvodnje etanola iz sladkornega trsa pri dolgi inkratki transportni poti surovin, sladkorne pese pri kratki transportni poti, koruze pri dolgi in kratkitransportni poti ter pšenice pri kratki transportni poti. V delu rezultatov in diskusije je opravljenaprimerjava med okoljskimi vplivi različnih postopkov med seboj ter v primerjavi z okoljskimivplivi proizvodnje bencina.

1


2 Teoretični del

V teoretičnem delu so predstavljeni proizvodnja bioetanola (proizvodnja s fermentacijo, fermenta-cijske metode, surovine in postopki ter čiščenje in ločevanje), okoljska problematika, predvsem izvidika uporabe fosilnih goriv, analiza življenjskega cikla ter programsko orodje openLCA, kateregasmo uporabili za ocenjevanje okoljskih vplivov proizvodnje bioetanola in bencina.

2.1 Proizvodnja bioetanolaBioetanol je etanol proizveden iz biomase in biorazgradljivih odpadkov. Pretežno se ga uporabljakot dodatek in nadomestek bencinu. Proizvaja se ga na več načinov, vendar se ga najpogostejeproizvaja s fermentacijo iz surovin, ki vsebujejo sladkorje ali druge snovi, katere se lahko pretvori vsladkorje, kot sta škrob in celuloza [4]. Drugi način je ta, da se s pirolizo pridobi iz biomase sintezniplin in iz njega etanol [5]. To poglavje je povzeto predvsem iz vira [6] in opisuje najpomembnejšeelemente procesov proizvodnje bioetanola.

2.1.1 Proizvodnja bioetanola s fermentacijo

Proizvodnja s kvasovkami

Kvasovke so enocelične glive, so najpogosteje uporabljeni mikroorganizmi za proizvodnjo etanola.Nekateri visoko produktivni sevi so Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum in Candidautilis ter nekatere druge. Njihove lastnosti so, da so visoko selektivne, proizvajajo malo stranskihproduktov, imajo visok donos etanola, imajo visoko stopnjo fermentacije, so dokaj odporne na višjekoncentracije alkohola in substrata ter na nizek pH.

Kvasovke potrebujejo za svojo rast hranila. Ta morajo vsebovati ogljik, dušik, fosfor, žveplo, kisikvodik, manjše količine kalija, magnezija, kalcija, mineralov v sledeh in organskih rastnih sestavin(vitamini, nukleinske kisline ter amino kisline). Kvasovke lahko uporabijo za vir ogljika različneorganske spojine. Kot vir dušika lahko uporabijo amoniak, amonijeve soli, sečnino ali aminokisline. Soli ortofosfatov in fosforna kislina so vir fosforja. Za žveplo, kalij, magnezij in kalcij selahko uporabijo njihove soli.

Kvasovke lahko pretvorijo v etanol le monosaharide. Če se uporablja za fermentacijo polisaharide,kot sta škrob ali celuloza, jih je potrebno predhodno hidrolizirati s fizikalno kemijskimi aliencimskimi postopki. Pri anaerobnih pogojih pretvorijo kvasovke glukozo v etanol in ogljikovdioksid po sledeči formuli:

C6 H12O6→2C2 H5OH +2CO2 (2.1)

Pri tem nastane biomasa in toplota. Iz vsakega grama glukoze teoretično nastane 0,51 g etanola. Kerse nekaj glukoze porabi kot vir ogljika za nastanek biomase, je dejanski izkoristek 90 – 95 %. Poleg

2


zgoraj navedenih snovi nastane pri fermentaciji tudi adenozintrifosfat (ATP) in nekaj stranskihproduktov kot so glicerol, sukcinat in višji alkoholi.

Ob prisotnosti kisika, pri aerobnih pogojih, kvasovke pretvorijo glukozo v ogljikov dioksid in vodopo spodnji formuli:

C6 H12O6+6O2→6CO2+6 H 2 O (2.2)

Koncentracija fermentirajočega substrata ima pomemben učinek na proizvodnjo etanola. V šaržnihprocesih se uporablja koncentracija 14 – 18 %, kar da končno koncentracijo 6 – 9 vol % etanola.Višja koncentracija sladkorja je ugodna, ker so zaradi višje vsebnosti alkohola stroški destilacijemanjši. Pri koncentracijah sladkorja višjih od 14 % se prične plazmoliza celic kvasovk. Poleg tegazačne hitrost fermentacije upadati, preden doseže koncentracija etanola višje vrednosti.

Biomasa nastaja pri aerobnih pogojih, pri anaerobnih pa se proizvaja etanol, kljub temu pa je zauspešno fermentacijo potreben kisik. Kisik učinkuje tudi kot rastni faktor, sodeluje pri sintezinenasičenih maščobnih kislin in ergosterola, ki vzpodbujajo rast kvasovk pri anaerobnih pogojih inpovečujejo njihovo vitalnost.

Etanol je za kvasovke strupen. Njegov najbolj opazen učinek je na celično membrano, ker jopoškoduje in spremeni njeno delovanje. Zavira pa tudi rast kvasovk in proizvodnjo etanola. Prikoncentracijah, manjših od 2 %, je zaviralni učinek etanola neznaten za večino kvasovk. Pri višjihkoncentracijah je učinek etanola bolj opazen in se pri koncentraciji večji od 11 % pri večini kvasovkustavita rast in proizvodnja etanola. Pri najbolj odpornih kvasovkah pa je možna proizvodnja, ne patudi rast do 20 % etanola. Učinek etanola na vitalnost kvasovk je bolj opazen pri višjihtemperaturah ali, če so te kratkotrajno izpostavljene vročinskemu stresu, preden pridejo v stik zalkoholom. Pri dolgotrajni izpostavljenosti višjim koncentracijam etanola, se vitalnost kvasovkzmanjša in jih je potrebno nenehno dodajati ali jih v intervalih zavreči.

Koncentracija vodikovih ionov v fermentacijski brozgi vpliva na rast kvasovk, hitrost proizvodnjeetanola, nastanek stranskih produktov ter bakterijsko kontaminacijo. Ponavadi je pri industrijskifermentaciji pH vrednost med 4 in 6 in je odvisna od puferne sposobnosti brozge. Če je pH manjšiod 5 med fermentacijo, je rast bakterij zelo ovirana. Hitrost fermentacije sladkorja je relativnoneobčutljiva za pH vrednosti med 3,5 in 6.

Večina pivskih kvasovk ima maksimalno temperaturo rasti okoli 39 – 40 °C. Mezofilni seviSaccharomyces imajo optimalen donos in stopnjo rasti med 28 °C in 35 °C. Pri šaržnih procesih jeoptimalna temperatura za popoln izkoristek glukoze in za visoko končno koncentracijo alkoholanekoliko nižja od optimalne rastne temperature zaradi poudarjenega zaviralnega učinka etanola. Zakontinuirne procese je potrebno maksimalno temperaturo procesa brez prisotnosti etanola znižati za1 °C za vsak odstotek povečanja koncentracije alkohola [6].

Proizvodnja z bakterijami

Med bakterijami so gram negativne Zymomonas mobilis najboljše za proizvodnjo etanola izglukoze, saj imajo več zaželenih lastnosti za industrijsko proizvodnjo. To so mezofilni

3


mikroorganizmi, katere so izolirali iz palmovega vina ter mehiške pijače pulque [6]. Njihovanajvečja pomanjkljivost je nezmožnost fermentacije pentoz kot sta ksiloza in arabinoza. Zaradipomanjkanja mikroorganizmov, ki lahko direktno fermentirajo pentoze v etanol so razvilirekombinirane bakterije. Tako so vstavili gene za proizvodnjo etanola iz Z. mobilis v bakterijeEscherichia coli, ki lahko že v osnovi fermentirajo pentoze. S pomočjo genskega inženiringa soustvarili tudi seve Z. mobilis, ki lahko fermentirajo tudi pentoze.

Rast večine bakterij je zavrta pri koncentracijah etanola 10 – 20 g/L, kljub temu pa Z. mobilisprenese višje koncentracije do 120 g/L. Višje koncentracije etanola uničijo celično strukturo infunkcijo celične membrane.

Zymomonas mobilis proizvaja etanol po enaki reakciji (2.1) kot kvasovke, iz enega mola glukozenastaneta dva mola etanola. Proizvodnja energije (ATP) je glede na količino metabolizirane glukozete bakterije polovico manjša od kvasovk. Posledica tega je, da nastane za polovico manj novih celicza vsak mol glukoze, vendar je donos etanola nekoliko večji. Z. mobilis v nasprotju s kvasovkamiza rast ne potrebuje kisika, kar poenostavi proces fermentacije. Ti mikroorganizmi niso občutljivi nakisik tako kot striktno anaerobne bakterije, vendar se ob prisotnosti kisika tvori iz glukozeacetaldehid namesto etanola, ki zavira njihovo rast.

Glavni dejavnik pri ekonomski proizvodnji etanola je cena uporabljenega sladkorja pri fermentaciji.Zaradi tega so v splošnem razvili dva procesa fermentacije škroba. V prvem primeru je todvostopenjski postopek, pri katerem hidroliza in fermentacija potekata ločeno. Pri drugem načinupotekata hidroliza in fermentacija istočasno tako, da sta v reaktorju istočasno prisotna Z. mobilis inamiloglukozidaza. Medtem ko ima Z. mobilis visok izkoristek pretvorbe glukoze in fruktoze vetanol, le ta pade na 70 % pri fermentaciji saharoze zaradi nastanka stranskih produktov kot stalevan in sorbitol [6].

2.1.2 Fermentacijske metode

Šaržni postopek

Večina etanola proizvedenega s fermentacijo poteka v šaržnih reaktorjih. Pretvorba sladkorja venostavnem šaržnem procesu ima izkoristek med 75 – 95 % teoretičnega, s končno koncentracijoetanola 10 – 16 vol %. Produktivnost enostavnega šaržnega procesa je ponavadi 1,8 – 2,5 g etanolana liter prostornine fermentorja na uro.

Za povečanje produktivnosti so razvili šaržni postopek z recikliranjem kvasovk. Ponovna uporabakvasovk na začetku procesa ustvari visoko koncentracijo biomase, ta skrajša čas potreben zapretvorbo substrata v etanol. Ta hitra fermentacija tudi poveča produktivnost. Povečanje začetnekoncentracije celic kvasovk zmanjša donos, pri koncentraciji ≥ 21 g/L ni več opazne rasti, prisotnekvasovke uporabijo prisotna hranila za proizvodnjo etanola in njihovo oskrbo.

Pri hitrih fermentacijskih pogojih je hitro dosežena visoka koncentracija etanola in smrtnost celic

4


kvasovk je dokaj velika. Smrtnost se lahko zmanjša z nižjo temperaturo procesa in z vzdrževanjemkoncentracije raztopljenega kisika 10 – 20 % nasičenja. Toleranca nekaterih kvasovk na alkohol sepoveča ob prisotnosti vitaminov.

Čeprav je šaržna proizvodnja etanola zanimiva zaradi enostavnosti, ima nekaj pomanjkljivosti. Teso majhna produktivnost, je zapletena za avtomatizirati, ima dolge ter pogoste ustavitve in znatnestroške dela [6].

Kontinuirni postopek

Brez obtoka kvasovk. Kontinuirni postopek lahko poteka v daljšem časovnem obdobju brezzaustavitve ter tako zmanjša čas nedelovanja procesnih enot, kar posledično poveča produktivnost.Zaradi povečane produktivnosti so lahko bioreaktorji manjši kot pri šaržnem postopku. Kontinuirnipostopek je mogoče povsem avtomatizirati in deluje pod pogoji, ki dajo zmeraj enako kvalitetoprodukta. Za proizvodnjo etanola se ponavadi uporablja kontinuirni mešalni reaktor.

Za enostavne kontinuirne procese proizvodnje etanola je značilno, da konstantno dovajamo substrat(vključno s kisikom) in odvajamo brozgo ter da procesi potekajo pri želenih stacionarnih pogojih.Brozga vsebuje etanol, biomaso ter neporabljena hranila. Produktivnost kontinuirnega procesa jepribližno trikrat večja kot produktivnost šaržnega procesa, zato je lahko tudi prostornina reaktorjatrikrat manjša. Pri tem postopku sta proizvodnja etanola in celotna produktivnost reaktorja omejenaz inhibicijo etanola za kvasovke. Poleg tega je produktivnost reaktorja omejena zaradi nizkekoncentracije biomase (10 – 12 g/L). Največjo produktivnost dobimo, če je koncentracija sladkorjav vtoku v reaktor približno 10 %.

Z namenom povečanja produktivnosti etanola je mogoče zaporedno povezati dva ali večkontinuirnih mešalnih reaktorjev, da se poveča produktivnost. Koncentracija etanola v prvemreaktorju je nižja od končne in posledično je inhibicija na rast kvasovk manjša [6].

Z obtokom kvasovk. Dodatno je mogoče izboljšati produktivnost kontinuirnega postopka zobtokom kvasovk. Produktivnost etanola v fermentorju lahko doseže približno desetkratnopovečanje v primerjavi s procesom brez obtoka.

Po drugi strani so investicijski ter obratovalni stroški teh procesov višji zaradi potrebnega ločevanjakvasovk iz brozge. Ločevanje kvasovk lahko poteka na več načinov: s pomočjo centrifuge,hidrociklona, z uporabo fermentorja z delnim obtokom, kateri ima ločeno usedalno stopnjo, sflokulacijo kvasovk, kot je npr. Saccharomyces diastaticus, v kontinuirnem dializnem fermentorju, ssolventno ekstrakcijo, z imobilizacijo kvasovk itd. [6].

5


2.1.3 Surovine in postopkiSurovine za proizvodnjo etanola se delijo na dve vrsti. To so [6]:

• zlahka fermentirajoči ogljikovi hidrati, ki se lahko direktno uporabijo,

• škrob ter ostale organske snovi, katere je potrebno prej pretvoriti v primerno obliko, da jih

lahko fermentiramo.

Surovine dobimo iz treh glavnih virov. To so:

• kmetijski pridelki,

• gozdni proizvodi ter

• stranski proizvodi in ostanki iz industrije in kmetijstva.

Odvisno od potreb, končne uporabe in dostopnosti se izbira surovine razlikuje za različne predele,države in industrije [6].

Zlahka fermentirajoči ogljikovi hidrati

V to skupino spadajo različni pridelki s sladkorjem, kot so sladkorni trs, sladkorna ter navadna pesater nekatere vrste sadja in rastlin.

Sladkorni trs. Iz sladkornega trsa dobimo sladkor saharozo. To je tropska rastlina, ki se uspešnogoji v pasu med 37 °S in 31 °J zemljepisne širine.

Čeprav se večinoma goji sladkorni trs za proizvodnjo sladkorja in melase, se uporablja tudi zaproizvodnjo etanola. Fermentirajoči ogljikovi hidrati iz trsa se lahko uporabijo kot trsni sok ali pakot melasa (stranski produkt proizvodnje sladkorja). Iz 1 t trsa lahko pridobimo 160 kgfermentirajočega izvlečka.

Trsni sok se pripravi tako, da se zmelje sladkorni trs ter se z vodo ekstrahira sladkor. Nato sledičiščenje z apnenim mlekom in žvepleno kislino, da se obori anorganske spojine. Tako pridobljenekstrakt je lepljiv, zelene barve, malo bolj viskozen kot voda s povprečno vsebnostjo saharoze 12 –13 %.

Melasa je ostanek po kristalizaciji saharoze iz trsnega soka. Melasa je zelo viskozna ter vsebujesaharozo, fruktozo in glukozo v skupni koncentraciji 50 – 60 %. V nasprotju s trsnim sokom jemelasa stabilna za hranjenje in se jo razredči na želeno koncentracijo tik pred fermentacijo.

Ponavadi se za proizvodnjo etanola iz sladkornega trsa uporablja šaržni postopek, kot je ta na sliki1, včasih pa se uporabljajo tudi semikontinuirni in kontinuirni postopki. Pri šaržnem postopkudoseže produktivnost etanola maksimum po 14 – 20 h fermentacije in nato pada, dokler se ne porabivečina razpoložljivega sladkorja. Pri tej vrsti procesa ponavadi obratuje več fermentorjev v deljenihintervalih tako, da se zagotovi kontinuirni dotok v destilacijsko kolono. Skupna produktivnostetanola je približno 18 – 25 g L-1 h-1.

Pri kontinuirni proizvodnji z mešalnim reaktorjem se melasa najprej prečrpa v vmesne rezervoarje,kjer se razredči, se ji doda hranila (dušik in fosfor) ter se uravna pH vrednost. Tako pripravljeno

6


raztopino se nato sterilizira ter se jo nato vodi v fermentor. Po končani fermentaciji se brozgocentrifugira in žive celice kvasovk vrne na začetek v fermentor. Izkupiček alkohola je približno28,29 L za 100 kg melase oziroma 65 L za 100 kg fermentirajočega sladkorja.

Fermentacija lahko poteka tudi v stolpnem reaktorju, kjer se doseže visoka koncentracija kvasovkbrez uporabe mehanskih naprav za njihovo ločevanje. Produktivnost te metode je lahko do 80 kratvečja od enostavne šaržne proizvodnje [6].

Slika 1: Proces proizvodnje etanola iz sladkornega trsa, (spremenjeno iz [6])

Sladkorna pesa. Tako kot sladkorni trs tudi sladkorna pesa vsebuje saharozo. Sladkorna pesa jebolj vsestranska kot sladkorni trs, saj ni tako občutljiva na prst in klimatske razmere kot sladkornitrs. Gojijo jo v ZDA, Evropi, Afriki, Avstraliji in Novi Zelandiji. Poleg saharoze sladkorna pesavsebuje zadostne količine dušika in drugih organskih in mineralnih snovi, da jih ni potrebnododajati pred fermentacijo. Dodatna prednost je visok pridelek pesnih glav in ekstrahirane pulpe.Pulpa ima visoko hranilno vrednost, glave pa se lahko vrnejo v zemljo kot gnojilo in zazmanjševanje erozije prsti. Tudi pridelek pese je visok (50 – 150 t/ha).

Postopek proizvodnje etanola je v osnovi enak kot za sladkorni trs in je podoben temu na sliki 1[6].

Sadne rastline. Sadje vsebuje spremenljive deleže sladkorjev (običajno saharozo in fruktozo skoncentracijo 6 – 12 %). Sadni sladkorji se lahko direktno fermentirajo v alkohol. To se vindustrijskem merilu uporablja pri proizvodnji alkoholnih pijač. Vsebnost alkohola v proizvodu pofermentaciji, ločitvi kvasovk, nadaljnji obdelavi in staranju je odvisna od uporabe terfermentacijskih pogojev.

Alkohol za industrijske namene in kot gorivo se le redko proizvaja iz pridelkov sadja in

7


zelenjave [6].

Rastline, ki uporabljajo CAM fotosintezo. Zanimanje za uporabo kmetijsko delno alineproduktivnih regij po svetu za gojenje pridelkov za proizvodnjo etanola narašča. Te pokrajine selahko uporabijo za gojenje rastlin, ki uporabljajo CAM (angl. Crassulacean (slov. Tolstičevke alidebelolistnice) acid metabolism) fotosintezo, ker je njihov metabolizem zelo učinkovit glede napotrebe namakanja.

Te rastline vsebujejo dosti fermentirajočih ogljikovih hidratov ter vključujejo različne kot sokaktusi, Euphorbia lathyrus in agava [6].

Škrob

Za fermentacijo škroba v etanol so na voljo različne surovine kot so koruza, pšenica, manioka,sladki krompir, sladki sirek, riž in drugi. Izbira je odvisna od različnih dejavnikov. Glavni od njihsta podnebje in možnost industrijske proizvodnje. V Evropi in Severni Ameriki se najpogostejeuporabljajo koruza, pšenica in krompir, medtem ko se v tropskih krajih uporablja riž, manioka,sladki krompir in sladki sirek.

Koruza. Koruza je priljubljena surovina za proizvodnjo etanola v ZDA in nekaterih delih Evrope.Dostopna je v velikih količinah in njena cena je sprejemljiva. Pretvorba v etanol je učinkovita instranski produkti kot so koruzni storži, stebla in listi, so uporabni kot živalska hrana, vir energije ingnojilo.

Za pretvorbo škroba v etanol je bilo razvitih več šaržnih in kontinuirnih postopkov, eden takšnih jena sliki 2. Pri teh postopkih se koruzo zmelje in kuha, da se škrob raztopi in želira. Nato se dodaencima α-amilazo in glukoamilazo, da hidrolizirata škrob v fermentirajoče monosaharide. Popribližno 48 h fermentacije pri 32 °C se 90 % škroba pretvori v etanol. Fermentirana brozga se natovodi v destilacijski kotel, kjer se dobi 50 % alkohol. Nadaljnji destilacijski postopki dajo 95 %etanol, katerega se koncentrira z azeotropno destilacijo z benzenom. Po centrifugiranju sedestilacijski ostanek koncentrira do približno 50 % ekstrakta v večstopenjskem uparjalniku in nato vsušilniku do vsebnosti vlage 10 %. Ta ekstrakt se na koncu uporabi kot hrana za živino. Pridobljenakrma vsebuje vse beljakovine iz koruze ter dodatno še tiste iz kvasovk. Vsebnost teh beljakovin jemed 28 in 36 %. Razvit je tudi postopek sočasne obdelave zrnja in fermentacije [6].

8


Slika 2: Proizvodnja etanola iz koruze (spremenjenoiz [6])

Manioka. Gomoljevka manioka je v tropih in Južni Ameriki po pomembnosti na drugem mestu zasladkim krompirjem. Za gojenje manioke je potrebnega manj dela v primerjavi z drugimipoljščinami. Manioka je ena od rastlin z najvišjim donosom med rastlinami (10 – 30 t/ha), potrebujemalo obdelave in jo je mogoče pustiti v zemlji do njene porabe, ne da bi se le-ta pokvarila.

Za proizvodnjo alkohola se večinoma uporablja gomolj, ki vsebuje 20 – 35 % škroba. Gomolje seopere, olupi in zmelje v kašo. Za fermentacijo v etanol se škrob hidrolizira z α-amilazo, pri čemerse zmanjša viskoznost kaše in škrob se utekočini. Nato se doda glukoamilaza, ki pretvoriutekočinjen škrob v glukozo in pripravi kašo za fermentacijo. Fermentacijski in separacijskipostopek je lahko enak kot pri proizvodnji alkohola iz sladkornega trsa [6].

Sladki sirek. Sladki sirek vsebuje tako škrob kot sladkor. Sirek se lahko goji na večini kmetijskihpodročij, odporen je na sušo in njegova hranila se uporabljajo za živalsko hrano.

Fermentirajoči sladkorji in škrob se obdelajo na tradicionalen način za proizvodnjo etanola.Sladkorje se fermentira neposredno, medtem ko se škrob hidrolizira z uporabo encimov α-amilazein glukoamilaze [6].

Krompir. Krompir je pogosta poljščina s škrobom. Raste v skoraj vseh podnebnih tipih ter skorajvseh vrstah prsti vključno s suho in peščeno.

V krompirju je kot glavni vir ogljikovih hidratov škrob.

Proizvodnja etanola temelji na fermentaciji razpoložljivega škroba. Krompir se najprej zmečka ter

9


nato obdela z amilazo, da se škrob hidrolizira. Nato se ga obdela s paro pri 150 °C za približno3 min. Drozga se ohladi na 70 °C za utekočinjenje z amilazo, za tem se jo ohladi na 30 °C infermentira na običajen način [6].

Pšenica. Pšenica je zelo pomembna poljščina v Evropi in severni Ameriki. Vsebuje škrob, postopekproizvodnje etanola je podoben tistemu iz krompirja in je predstavljen na sliki 3 [6].

Slika 3: Proizvodnja etanola iz pšenice ali krompirja, (spremenjeno iz [6])

a)predgretje; b)mlin; c)posoda za obdelavo z encimi; d)hladilnik; e)cevuparjalnika; f)zbiralni rezervoar; g)kondenzator; h)utekočinjevalna posoda

Lignocelulozne surovine

Lignoceluloza predstavlja največji vir zemeljske biomase pridobljene s fotosintezo. Fermentacijskipotencial lignoceluloze temelji v glavnem na vsebnosti celuloze v biomasi. Kemijsko je celulozapodobna škrobu, je polimer glukoze, kjer je ta vezana med seboj z β-1,4 glukozidnimi vezmi,medtem, ko so vezi v škrobu večinoma α-1,4 vezi. Stopnja polimerizacije je odvisna od viraceluloze.

Molekule celuloze so bolj odporne na hidrolizo kot škrob. Ta odpornost v glavnem ne izhaja samoiz primarne strukture glukozidnih vezi, temveč iz sekundarne in terciarne strukture verige celuloze.Njena odpornost je večja tudi zaradi drugih zaščitnih polimerov kot so lignin, škrob, hemicelulozabeljakovine in minerali.

Glavni krivec za težavno hidrolizo lignoceluloze je lignin, ker tvori zaščitni ovoj okoli mikrovlakenceluloze. Lignin je makromolekula fenolnega značaja. Je polimer sestavljen iz treh alkoholov,trans-kumaril alkohola, trans-koniferil alkohola ter trans-sinapil alkohola, ki so zastopani vrazličnem razmerju odvisno od lignoceluloznega materiala.

Da se lahko lignocelulozne surovine uporabijo za fermentacijo, jih je potrebno najprej predobdelatiin nato hidrolizirati do fermentirajočih sladkorjev. Predobdelava je lahko fizikalna ali kemična, npr.mletje, eksplozija pare ali uporaba topil in drugo.

10


Predobdelane lignocelulozne surovine se nato dodatno hidrolizira z uporabo kisline, npr. žveplovekisline ali encimov. Pri encimski hidrolizi celuloze za proizvodnjo etanola zajema velik del procesapripravo encima celulaze. Za fermentacijo je uporabna le celuloza ter produkti razgradnje [6].

Kmetijski, industrijski in gospodinjski ostanki ter odpadki

Različne vrste kmetijskih, industrijskih in gospodinjskih ostankov in odpadkov se lahko uporabi zaproizvodnjo etanola. Fermentacija temelji na razpoložljivih sladkorjih, škrobu, celulozi in odpadkih.Glavna prednost je v tem, da je obdelava odpadkov izvedena s proizvodnjo produktov višjevrednosti. Na ta način se zmanjša onesnaževanje okolja in poveča ekonomičnost procesa.

Koruzna stebla. Koruzna stebla so na voljo v velikih količinah kot stranski produkt pri gojenjukoruze. V glavnem vsebujejo lignocelulozo. Eden izmed načinov proizvodnje etanola jedvostopenjski postopek z uporabo razredčene kisline, kateri sledi impregnacija lignoceluloznihsnovi s koncentrirano kislino. V naslednji fazi poteka hidroliza, kislina pa se loči z elektrodializo odraztopine. S tem postopkom je izkoristek ksiloze 94 %, glukoze pa 89 %. Glukozo se pretvori vetanol s Saccharomyces cerevisiae, ksilozo pa s Fusarium oxysporum v reaktorju z imobiliziranimicelicami [6].

Gospodinjski odpadki. Gospodinjski odpadki vsebujejo kompleksno zmes različnih materialov,med njimi je veliko odpadkov, ki vsebujejo celulozo.

Odpadke je pred fermentacijo potrebno ločiti in predobdelati. Odpadki se najprej ločijo v lahko intežko frakcijo z uporabo flotacijskih ločevalnikov ali posebnih mlinov. Pridobljeni kaši, ki vsebujecelulozo, se nato odstrani drobne delce in plastiko ter se jo vodi v reaktor, kjer se jo hidrolizira zrazredčeno H2SO4,, ohladi, nevtralizira in filtrira. Nato poteka fermentacija in koncentracija etanolaz destilacijo [6].

Odpadna raztopina pri proizvodnji celuloze in papirja. Pri proizvodnji celuloze selignocelulozne surovine (les, slama, ipd.) obdelajo s koncentriranimi kislinami ali bazami, da seraztopi lignin ter ostanejo vlakna celuloze, ki se nadalje uporabljajo za proizvodnjo papirja.Odvisno od pogojev obratovanja poteče v večji ali manjši meri delignifikacija in razpad celuloze.Pri tem dobimo produkt kašo in odpadno raztopino kemikalij.

Ta raztopina vsebuje večinoma organske spojine v obliki sulfoniranega lignina. Vendar pa pri tempostopku deloma hidrolizirata tudi celuloza in hemiceluloza tako, da raztopina vsebuje tudi nekajsladkorja.

Pri proizvodnji celuloze in papirja nastanejo velike količine odpadne raztopine, kar znaša približno9180 L na tono proizvedene celuloze. Izlitje te raztopine v okolje je prepovedano zaradi toksičnostiin organskega onesnaževanja.

Ker pa ta raztopina vsebuje fermentirajoče sladkorje, se jo lahko uspešno uporabi za proizvodnjo

11


etanola.

Odpadni raztopini se najprej odstrani SO2 v parnem ločevalniku. To je potrebno, ker SO2 zavirapostopek fermentacije. Raztopini se nato prilagodi koncentracija na 10 – 12 % sladkorja, pH seuravna na 4,5 ter se doda dušikova in fosforjeva hranila (sečnina in fosfati). Nato potekafermentacija s kvasovkami. Kvasovke se običajno koncentrira in se jih ponovno uporabi, drozgo zetanolom pa se pošlje v destilacijo [6].

Sirotka. Sirotka je stranski produkt pri proizvodnji sira. Sirotka vsebuje beljakovine, ogljikovehidrate in vitamine. Je dragocen prehranski proizvod. Uporablja se v različnih oblikah kot delživalske in človeške hrane.

Alkohol, ki se ga proizvede iz sirotke, izhaja v glavnem iz fermentacije laktoze. Vendar obstaja lemalo mikroorganizmov sposobnih pretvorbe laktoze v etanol, med njimi ni običajnih kvasovk(Saccharomyces cerevisiae). Najbolj učinkoviti mikroorganizem je Kluyveromyces Fragilis.

Pri postopku s fermentacijo s K. Fragilis se sirotka najprej koncentrira z uporabo reverzne osmozein ultrafiltracije ter se nato pošlje v fermentacijsko posodo. Izkoristek glede na laktozo je 80 %.

Boljši substrat za industrijsko fermentacijo je encimsko hidrolizirana laktoza. Iz sirotke obdelane sβ-galaktozidazo dobimo zmes monosaharidov glukoze in galaktoze, ki jo lahko fermentiramo skvasovkami z visokim donosom [6].

2.1.4 Čiščenje in ločevanjeObstaja več separacijskih sistemov za učinkovito ločevanje etanola. Z njimi se proizvajavisokokakovostni industrijski etanol, brezvodni alkohol, žganja ter etanol za motorna vozila.

Etanol se večinoma loči od vode z destilacijo. Z ekstraktivno destilacijo se dobi azeotropno zmesetanola in vode. Da se pridobi absolutni alkohol, je potrebno azeotropni zmesi odstraniti vodo.Zaradi ekonomskih razlogov v velikih destilarnah izvajajo dehidracijo s pomočjo azeotropnedestilacije s pomočjo benzena, ponekod pa tudi s pomočjo cikloheksana ter etilen glikola. Vnekaterih manjših destilarnah pa uporabljajo molekularna sita, pervaporacijo skozi polprepustnomembrano ali z uporabo trdnih sušilnih sredstev [6].

Destilacija

Destilacija azeotropne zmesi etanola. Fermentirana drozga, ki vsebuje približno 10 % etanola in10 % trdnih snovi se predhodno segreje do temperature nasičenja ter se jo razplini, da se ji odstraniCO2 in se jo vodi v odstranjevalno destilacijsko kolono. Destilat vsebuje 75 – 85 % etanola,destilacijski ostanek pa manj kot 0,02 %. Tega se ga zavrže ali porabi kot hrana za živino.

Destilat iz odstranjevalne kolone se zmeša z destilacijskim ostankom rektifikacijske kolone in senato vodi v ekstrakcijsko destilacijsko kolono, ki obratuje pri tlaku 0,6 – 0,7 MPa. S to kolono se

12


odstrani večina fermentacijskih stranskih proizvodov kot so aldehidi, etri, metanol in višji alkoholi.Aldehidi, etri in metanol imajo nižje vrelišče kot etanol in zapustijo kolono na vrhu, višji alkoholipa imajo višje vrelišče. Višje alkohole se loči po načelu, da so le ti bolj hlapni od etanola v raztopiniz visoko vsebnostjo vode. Višji alkoholi se ločijo z destilacijo z vodno paro in ostane skoraj čistetanol.

Očiščen razredčen etanol se nato vodi v rektifikacijsko destilacijsko kolono, kjer se ga koncentrira.Iz stranskega toka pri vrhu kolone, se pridobi približno 95 % etanol. Destilacijski ostanek, kivsebuje nekaj etanola, se vodi v ekstrakcijsko destilacijsko kolono. Višje alkohole se odstrani vstranskem toku pri dnu kolone [6].

Dehidracija z azeotropno destilacijo. Azeotropna destilacija se uporablja za proizvodnjo čistegabrezvodnega etanola (99,98 vol %).

Voda se odstrani iz azeotropne zmesi v obliki ternarnega azeotropa, ki se ga dobi z dodatkombenzena, heptana ali cikloheksana. 95 % etanol se vodi v sredino destilacijske kolone. Brezvodnietanol se lovi na dnu kolone, nato se ga ohladi in shrani. Ternarni azeotrop zapusti kolono na vrhu,tega se kondenzira in loči v dekanterju na organsko in vodno fazo.

V nekaterih obratih, kjer proizvajajo etanol za gorivo motornih vozil, uporabljajo namesto benzenabencin [6].

Za destilacijo etanola so potrebne velike količine energije. Energetski stroški se zmanjšajo zzmanjšano uporabo vodne pare in uporabo sistema s stiskanjem hlapov.

Z uporabo postopka s stiskanjem hlapov se lahko zmanjša energetske stroške za 80 % pri destilacijipri znižanem tlaku. V tem sistemu se uporabi stisnjena para destilata (temperatura pare destilata se sstiskanjem poveča) iz vrha kolone za gretje v grelniku. Investicijski stroški tega postopka gretja paso po drugi strani precej višji [6].

Nedestilacijske metode

Energijo, potrebno za odstranitev vode iz etanola se lahko znatno zmanjša z metodami, ki netemeljijo na destilaciji.

Ekstrakcija s topili. Etanol se lahko raztopi v nekaterih tekočinah, ki se ne mešajo z vodo. Torazliko v topnosti se lahko uporabi, da se loči etanol od vodne raztopine.

Z ekstrakcijo tekočina – tekočina se z izbranim topilom loči etanol od vode, katerega se natoodstrani z destilacijo. Ta postopek ne potrebuje energijsko intenzivne azeotropne destilacije, s čimerse zmanjša potreba po energiji.

Z uporabo dibutil ftalata za ekstrakcijo, ki ima dosti višje vrelišče od etanola, se lahko le tega loči veni stopnji z destilacijo, pri tem so izgube topila majhne [6].

13


Ekstrakcija z ogljikovim dioksidom. Še ena vrsta ekstrakcije s topilom je uporaba superkritičnegafluida, tj. plina nad kritično temperaturo stisnjenega do točke, kjer izgine meja med plinom intekočino.

Etanol se selektivno ekstrahira iz drozge z ogljikovim dioksidom blizu njegove kritične točke pri7,3 MPa in 31 °C. Iz raztopine bogate z etanolom se z delnim uparjanjem pri 4,8 MPa odstraniogljikov dioksid. S tem postopkom se porabi polovica do tretjina energije v primerjavi s klasičnodestilacijo etanola, vendar so investicijski stroški 20 % večji. Dodatna prednost je v tem, da se kottopilo uporablja CO2, ki nastaja kot stranski produkt pri fermentaciji. To je pomembno, ker nekajtopila zbeži med ločevanjem etanola ter ga je potrebno nadomestiti [6].

Adsorpcijska dehidracija. Azeotropno raztopino etanola se industrijsko dehidrira z adsorpcijo zmolekularnimi siti, čigar pore so prepustne za vodo, a ne za etanol. Molekularna sita so lahkosintetični oziroma naravni zeoliti (npr. klinoptilolit) ali posebne smole. 95 vol % etanol se dehidrirav koloni z molekularnimi siti, kjer se adsorbira 75 % vode in 25 % etanola. Ko se kolona nasiči, setok preusmeri v drugo svežo kolono in nasičena kolona se regenerira. Regenerirana raztopina z25 % etanola se vodi nazaj v destilacijo.

Etanol se lahko dehidrira tudi s trdnimi snovmi. Zaradi manjše adsorpcijske toplote in posledičnomanjše porabe energije za uparjanje vode iz celuloze ali škroba, se uporablja koruzni zdrob zaodstranitev vode iz 85 % etanola. Koruzni zdrob se lahko uporabi do 20 krat, preden se ga uporabiza živalsko hrano [6].

Membranski postopki. Pri pervaporaciji se uporablja module s polprepustno membrano izpolivinil alkoholnih smol. Pri tem postopku se 94 vol % etanol segreje na 60 °C ter se ga prečrpa vpervaporacijske module. Voda prodira skozi membrano na račun koncentracijskega gradienta, pritem nastane fazna sprememba med vstopom v membrano in permeatom. Voda se loči brez tvorbeazeotropa. Vodilna sila za tok permeata je zagotovljena s podtlakom manjšim od 1 kPa na vstopu vkondenzator permeata. Skupna poraba energije je vsota evaporacijske in kondenzacijske entalpije.Kondenziran permeat vsebuje malo etanola in se ga pošlje v destilacijo.

Pri postopku z reverzno osmozo se uporablja membrane, ki so neprepustne za etanol, prepuščajo pavodo. Proces poteka pri tlaku 4 – 7 MPa, da se potisne voda skozi stene membrane. Z reverznoosmozo se lahko zmanjša stroške energije s koncentriranjem etanola na 10 % pred destilacijo [6].

Kolona polnjena s prejo. Tekstilna vlakna kot je rajon (umetna svila) upočasnijo premikanje vodnepare, omogočijo pa pretok pare etanola. Na podlagi tega pojava je bil razvit postopek ločevanjaetanola.

Voda z vsebnostjo etanola 12 % se upari z injiciranjem v tok zraka, ta zmes se nato pošlje vogrevano kolono napolnjeno z vlakni rajona. Območje z vodo se ustvari na začetku kolone, zrak inetanol pa gresta čeznjo in se ohladita, da etanol kondenzira. Preden se premakne območje z vodo

14


predaleč v kolono, se tok zraka obrne in jo odstrani [6].

2.2 Okoljska problematikaV zadnjih desetletjih so postali ljudje bolj ozaveščeni glede okoljskih vprašanj, ki zadevajo Zemljokot celoto. Z industrijskim razvojem se je povečalo onesnaževanje okolja.

Zaradi proizvodnje električne energije v termoelektrarnah, kmetijstva in prometa, so se povečaliizpusti toplogrednih plinov v ozračje. Koncentracija ogljikovega dioksida v ozračju se je v zadnjih200 letih povečala iz 200 ppm na 360 ppm do konca 20. stoletja [1]. Poleg tega se je povečala tudikoncentracija metana ter koncentracija dušikovih oksidov, ki narašča za 0,25 % na leto, izpuščajopa se tudi drugi toplogredni plini. Zaradi njih se je povprečna temperatura na Zemlji v časuopazovanj zvišala za 0,6 °C.

Žveplov dioksid tvori sulfatni aerosol in igra pomembno vlogo pri odbojnih lastnostih ozračja.Zaradi njega se poveča količina odbitega sončnega sevanja od ozračja, posledično manj sončneenergije doseže tla in se zemlja manj segreje. Žveplov dioksid skupaj z dušikovimi oksidi tvori kiseldež.

Freoni in dušikovi oksidi v stratosferi uničujejo ozon, kar ima za posledico, da doseže zemljinopovršje več nevarne UV svetlobe [1].

2.2.1 Uporaba fosilnih gorivFosilna goriva so nastala večinoma v Karbonu, to je obdobje pred 360 – 286 milijoni let. Takrat jebilo kopno prekrito z močvirji, kjer so uspevala velika drevesa, praproti ter druge rastline z velikimilisti, morje in vode pa so bile polne alg. Ko so drevesa in rastline umrli, so se nalagali na dnumočvirij ter tvorili šoto. Po več sto letih sta šoto prekrila pesek in glina, ki sta tvorila sedimentnekamnine. Pod pritiskom kamnin in temperature se je šota pretvorila v premog, nafto in zemeljskiplin. Ker je potrebnih za nastanek fosilnih goriv več milijonov let, se le ti smatrajo kot neobnovljivivir [7].

Industrijska revolucija v Evropi v 19. stoletju je ustvarila potrebo po novi vrsti energentov zapotrebe rastoče industrije. Z uporabo fosilnih goriv se je zadostilo potrebam po energiji. Fosilnagoriva potrebujejo milijone let za nastanek, sežge pa se jih zelo hitro. Z njihovim sežigom inpridobivanjem smo ljudje nepopravljivo poškodovali planet [8].

Prednosti uporabe fosilnih goriv

Čeprav ima uporaba fosilnih goriv določene prednosti pa škoda, ki jo povzročajo, prizadene vesekosistem Zemlje. Dokler znanstveniki ne odkrijejo načina za proizvodnjo enakih količin energije

15


nimamo druge izbire, kot uporabljati fosilna goriva.

Prednosti fosilnih goriv so [9]:

• Dostopnost: Ker so ta goriva zelo dober vir energije, se jih iz dneva v dan več pridobi. Z

napredovanjem znanosti in tehnologije so se rafinacijske in ekstrakcijske tehnike izboljšale.To jih naredi še dostopnejše.

• Proizvedejo velike količine energije: Večina motorjev z notranjim izgorevanjem potrebuje

majhne količine goriva, da proizvede veliko energije. Fosilna goriva so nam služila stoletja,predvsem pa od industrijske revolucije, ki jih je naredila popularne. Smatrajo se kotprenosna oblika energije. Večina strojev, naprav in vozil je odvisnih od fosilnih goriv, bodisigre za premog, nafto ali zemeljski plin.

• Stabilnost: Po kemijski sestavi so fosilna goriva zelo stabilna. Zaradi njihove konstantnosti v

sestavi molekul so enostavna za shranjevanje. Ne tvorijo drugih spojin, če so dalj časahranjeni v posodi.

• Transport: Velika prednost fosilnih goriv je v tem, da se jih enostavno shrani in transportira

tudi na dolge razdalje.

• Velika dostopnost: Ker so zelo fosilna goriva razpoložljiva povsod, so tudi najpogosteje

uporabljen vir goriv.

• Nizka cena: Pretvorba fosilnih goriv v energijo ni pretirano draga ter tudi stroški za njihovo

predelavo niso visoki [9].

Okoljski vplivi uporabe fosilnih goriv

Veliko današnjih okoljskih težav izvira iz uporabe fosilnih goriv. Ti učinki so globalno segrevanje,poslabšanje kvalitete zraka, izlivi nafte, kisli dež in drugi.

Globalno segrevanje. Med plini, ki se jih spušča v ozračje pri izgorevanju fosilnih goriv, jenajpomembnejši ogljikov dioksid, ki zadržuje toploto v atmosferi. V zadnjih 150 letih se je vatmosferi povečala vsebnost CO2 za več kot 25 % zaradi sežiganja fosilnih goriv. Fosilna goriva sotudi zadolžena za povečanje količine metana in dušikovega oksida, čeprav niso njun glavni vir.

Klimatologi napovedujejo, da se bo planet dodatno segrel naslednje stoletje, če se bodo nadaljevaliizpusti ogljikovega dioksida. Predvideno povišanje temperature bo imelo različne učinke, kot sodvig gladine morja zaradi segrevanja oceanov in taljenja ledu, zaradi česar bo v obmorskih krajihpoplavilo mokrišča, delte rek in naseljene predele. Spremenjeni vzorci vremena lahko prinesejo boljekstremne vremenske pojave. Kmetijske površine v notranjosti bodo lahko prizadele pogostejšesuše [2].

Onesnaževanje zraka. Čist zrak je bistven za življenje in dobro zdravje. Različni pomembnionesnaževalci nastajajo pri izgorevanju fosilnih goriv. Med njimi so ogljikov monoksid, dušikovi

16


oksidi, žveplovi oksidi ter ogljikovodiki. Dodatno pripomorejo k onesnaževanju suspendirani delci,dušikovi oksidi in ogljikovodiki, ki se lahko v atmosferi vežejo in tvorijo troposferski ozon, ki jeglavna sestavina smoga.

Ogljikov monoksid je plin, ki se tvori pri nepopolnem izgorevanju vseh fosilnih goriv.Izpostavljenost ogljikovemu monoksidu lahko povzroča glavobole ter dodatno obremenitev priljudeh s srčnimi težavami. Glavni vir emisij ogljikovega monoksida so avtomobili in tovornjaki.

Pri izgorevanju se tvorita v glavnem dva dušikova oksida, to sta dušikov dioksid in dušikovmonoksid. Dušikovi oksidi se opazijo kot rjavo rumena plast oblakov nad obzorjem velikih mest.Dražijo pljuča, povzročajo bronhitis in pljučnico ter zmanjšajo odpornost na okužbe dihal. Vodijotudi do tvorbe smoga. Za polovico emisij je kriv promet, za večino ostalih pa industrija.

Žveplovi oksidi nastanejo z oksidacijo žvepla v gorivu. Elektrarne, ki uporabljajo premog,proizvedejo dve tretjini emisij žveplovega dioksida. Žveplovi in dušikovi oksidi so pomembnesestavine kislega dežja. Ti plini se v oblaku vežejo z vodo in tvorijo žvepleno in dušikovo kislino, kipostaneta del dežja in snega. S tem, ko se kisline nabirajo v jezerih in rekah, le te postanejo prekisleza rastlinsko in živalsko življenje. Kisel dež prizadene tudi zgradbe in poljščine.

Ogljikovodiki predstavljajo široko skupino onesnaževalcev in vsebujejo na stotine različnih spojin,sestavljenih iz ogljika in vodika. Med njimi metan ne reagira z dušikovimi oksidi, večina ostalih pain s tem tvorijo smog. Ogljikovodiki izvirajo iz izpuhov avtomobilov in tovornjakov, izparevanjabencina in topil ter obdelave nafte.

Bela meglica, ki se jo vidi nad mnogimi velikimi mesti, je troposferski ozon ali smog. Ozon se nespušča direktno v zrak, ampak nastane, ko reagirajo ogljikovodiki z dušikovimi oksidi obprisotnosti toplote in sončne svetlobe. Pri ljudeh povzroča ozon oteženo dihanje, čez čas pa trajnepoškodbe pljuč. Poleg tega zmanjša količino pridelka na polju.

Pri uporabi fosilnih goriv nastajajo trdni delci kot so prah, saje, dim ter druge suspendirane snovi, kidražijo dihala. Dodatno lahko ti delci prispevajo k nastanku kislega dežja [2].

Onesnaževanje vode in površja. Proizvodnja, transport in uporaba fosilnih goriv lahko povzročionesnaženje vode. Razlitje nafte lahko pusti za nekaj časa vodotoke in okoliške bregove neprimerneza življenje. Taka razlitja imajo za posledico izgubo živalskega in rastlinskega življenja. Rudarjenjeza premogom ima tudi posledice na vodne vire. Premog vsebuje pirit, ki je žveplova spojina, kateroraztaplja voda in tvori razredčeno kislino, ki se potem izpira v vodotoke [2].

Rudarjenje za premogom, še posebno pri odprtem kopu, prizadene pokrajino, kjer se rudarjenjeizvaja. Material, ki se nahaja ob premogu je značilno kisel. Ko se zaključi rudarjenje, ostanezemljišče jalovo, če se ne uporabi ustrezne previdnosti pri uporabi prsti za pogozdovanje. Prikopanju se na površje prinese tudi druge snovi, ki se jih odstrani kot trdni odpadek. Ko se premogspira, nastane še več odpadnega materiala. V končni fazi, ko se premog sežge, nastane odpadnipepel, ki se zavrže [10].

17


Toplotno onesnaževanje. V termoelektrarnah se s sežigom fosilnih goriv ustvari toplota, del te seuporabi za proizvodnjo elektrike. Ker je ta proces neučinkovit, se dosti toplote spusti v atmosferoali v vodo, ki se uporablja za hlajenje. Segret zrak ne predstavlja težave, povzroča pa jo segretavoda, ko se jo vrne v reke ali jezera, ker tam pretrese vodni ekosistem [2].

2.2.2 Zmanjševanje izpustov toplogrednih plinovNa začetku 80. let prejšnjega stoletja so znanstveniki postali zaskrbljeni zaradi klimatskihsprememb.

Leta 1988 je bil ustanovljen Medvladni forum o podnebnih spremembah (IPCC) pri programuZdruženih narodov za okolje (UNEP) ter pri Svetovni meteorološki organizaciji (WMO), da biocenili znanstvena spoznanja o globalnem segrevanju. Leta 1990 so v poročilu pokazali, da sopodnebne spremembe posledica človeških dejanj.

Poročilo je pripeljalo do medvladnih srečanj glede podnebnih sprememb. To je postalo Okvirnakonvencija Združenih narodov o spremembi podnebja (United Nations Framework Convention onClimate Change, UNFCCC), katero je podpisalo preko 150 držav na Svetovnem vrhu v Riu leta1992.

Konvencija je začela veljati leta 1994. Z letom 1995 so se začela pogajanja o samostojnemprotokolu, ki je temeljil na mednarodnem dogovoru povezanim s konvencijo. To je pripeljalo dosoglasno sprejetega Kjotskega protokola leta 1997. Glavni namen tega protokola je:

• Podati zahtevane cilje glede izpusta toplogrednih plinov za vodilna svetovna gospodarstva.

• Dopustiti fleksibilnost, kako naj države dosežejo zastavljene cilje.

• Nadalje prepoznati, da bo zaveza o protokolu različna za posamezne države [11].

Kjotski protokol

Konec leta 1997 je bil sprejet Kjotski protokol (pod okriljem UNFCCC). V skladu s protokolom sose industrializirane države strinjale, da v obdobju med 2008 in 2012 zmanjšajo izpust toplogrednihplinov za 5,2 % pod vrednost izpustov iz leta 1990. Države, ki so podpisale protokol, so se nadaljezavzemale, za reševanje sledečih točk:

• Najti ustrezne načine, da se doseže zmanjšanje izpustov toplogrednih plinov.

• Strinjali so se glede sistema računanja, ki prinese državam točke za njihovo zmanjšanje

izpustov.

• Strinjali so se glede sankcij za nepopolno skladnost z dogovorjenimi izpusti. To točko so

pustili za kasnejšo razrešitev.

Kjotski protokol, mora ratificirati 55 držav, ki morajo skupno prispevati vsaj 55 % svetovnihizpustov iz 1990, da začne veljati. Države v razvoju so bile izpuščene, ker so industrializirane

18


države odgovorne za večino sedanje količine toplogrednih plinov v atmosferi. Industrializiranedržave so tudi tiste, ki lahko razvijejo tehnologije, ki odpirajo pot k zmanjšanju izpustov [2].

Evropska direktiva o obnovljivi energiji

Do leta 2020 bo moralo v Evropski uniji 20 % vse energije izhajati iz obnovljivih virov, karvključuje biomaso, biotekočine in biopline. Do tega leta bo moralo biti 10 % transportnih goriv izobnovljive energije, kar naj bi vključevalo biogoriva, bioplin, vključno z vodikom ter električnoenergijo iz obnovljivih virov. Večino tega se pričakuje, da bo v obliki biogoriv, kot sta biodizel inbioetanol [3].

2.3 Analiza življenjskega cikla (LCA)Analiza življenjskega cikla (v nadaljevanju LCA) je tehnika za oceno potencialnih okoljskihvplivov povezanih s proizvodom ali storitvijo v celotnem življenjskem ciklu. Razdeljena je na štirifaze:

• Opredelitev cilja in obsega: Definira se primerne cilje in namen LCA analize.

• Analiza inventarja, kjer se zbere ustrezne vhodne in izhodne podatke za sistem.

• Ocena vplivov: Ovrednoti se potencialne okoljske vplive za izbrane vhodne in izhodne

podatke.

• Interpretacija: Razlaga dobljenih rezultatov.

LCA upošteva potencialne vplive na okolje skozi celoten življenjski cikel (»od zibelke do groba«,ang: »from cradle to grave«) od pridobivanja surovin do uporabe produktov in odstranitve. Vkomercialni programski opremi kategorije okoljskih vplivov zajemajo uporabo naravnih virov,zdravje ljudi in ekološke posledice.

Analiza življenjskega cikla lahko pomaga pri:

• Identifikaciji možnosti za izboljšanje preučenega produkta ali storitve.

• Sprejemanju odločitev v industriji ter vladnih in nevladnih organizacijah.

• Izbiri primernih kazalnikov okoljske učinkovitosti ter primerne tehnike merjenja.

• Tržnih priložnostih za proizvod, npr. za uporabo podatkov LCA za ekološko označevanje,

okoljsko deklaracijo proizvodov, itd.

Mednarodni standard ISO 14040-14043 podaja načela, okvir in metodološke zahteve za izvedboštudije LCA. Okvir LCA vsebuje definicijo cilja in obsega, analizo inventarja, presojo vplivov naokolje in interpretacijo rezultatov [12].

19


2.3.1 Glavne lastnosti metode LCA

Kaj je LCA

Metoda LCA je definirana kot zbirka in ocena vhodov, izhodov ter potencialnih okoljskih vplivovza sistem produkta skozi njegov življenjski cikel. LCA je torej orodje za analizo okoljskihobremenitev za proizvode na vseh stopnjah njihovega življenjskega cikla od izkoriščanja naravnihvirov, skozi proizvodnjo materialov, delov produkta ter samega proizvoda in njegove uporabe doravnanja z njim, ko se ga zavrže, bodisi ponovno uporabi, reciklira ali dokončno odstrani (odzibelke do groba).

Okoljska obremenitev zajema vse vrste učinkov na okolje vključno s pridobivanjem različnihnaravnih virov, emisij nevarnih snovi ter različno rabo tal. Izraz produkt se obravnava v širšempomenu in, vključuje fizične dobrine kot tudi storitve.

LCA je po značaju kolikor je mogoče kvantitativna, kjer pa to ni mogoče, pa se obravnava skvalitativnega vidika tako, da se dobi čim popolnejša slika vplivov na okolje.

Najpomembnejše je, da analiza od zibelke do groba zajema celovit pristop in združi okoljske vplivev celovit, konsistenten okvir.

Osnovni razlog pristopa od zibelke do groba je v tem, da se prepreči prestavljanje problema. Priekološkem ocenjevanju je pomembno, da se ne reši en okoljski problem s tem, da se pojavi drugokoljski problem v drugi stopnji v življenjskem ciklu proizvoda.

Glavni načini uporabe LCA so:

• Analiza izvorov problemov povezanih z določenim produktom;

• Primerjava izboljšav variant določenega produkta;

• Načrtovanje novih produktov;

• Izbira produkta med več primerljivimi.

Način uporabe LCA analize je odvisen od željene/predvidene uporabe LCA rezultatov [13].

Vloga LCA v zvezi s produkti in v širši uporabi

LCA ima uporabno vlogo pri ravnanju z okoljem v zvezi s proizvodi. To lahko vključuje okoljskoprimerjavo med obstoječimi proizvodi in razvojem novih proizvodov.

Najpomembnejše uporabe zajemajo ti. zelena naročila, in ekološko označevanje, ki omogočapotrošnikom primerjavo med proizvodi. Ekološko označevanje v EU vedno bolj temelji na LCA.

Nadaljnja uporaba v povezavi s produkti je načrtovanje ekološko bolj prijaznih proizvodov [13].

Poleg direktne povezave z uporabo proizvoda je mogoče uporabiti LCA v širšem pomenu. Namesto,da se ukvarjamo z dobro določenimi fizičnimi dobrinami ali preprostimi storitvami, se LCA lahkouporablja za kompleksne strategije v zvezi s potrošnjo in izbiro življenjskega sloga v različnih delihdružbe. Tudi v širšem smislu je povezava med proizvodi glavni predmet LCA študije, vendar so te

20


povezave bolj kompleksne in zajetne ter so povezane s strateškimi odločitvami.

Sovpadanje zahtev LCA pri proizvodni politiki ter pri širši uporabi se uporablja pri ekološkemnačrtovanju. Z uporabo enostavnih kriterijev se izvedejo študije za sestavne dele končnegaproizvoda. Ko se naredi končni izdelek, se za tega izvede celotna LCA študija. Dobljeni rezultatipredstavljajo osnovo za izboljšanje procesa. Tak proces vsebuje krivuljo učenja.

Obseg LCA analize se lahko razširi z uporabo LCA kot orodja upravljanja na bolj neprekinjeniosnovi. V tem primeru se kriteriji dobijo iz bolj obsežne LCA študije, ki se kasneje uporabijo zakontrolo procesov vodenja [13].

Omejitve LCA

Glavna lastnost LCA analize je celovit pristop, kar je njena najpomembnejša prednost, istočasno paje tudi omejitev. Širok obseg analiziranja celotnega življenjskega cikla proizvoda se lahko doseže lena račun poenostavitve drugih vidikov.

Pomembna omejitev LCA je, da ponavadi ne more obravnavati lokaliziranih učinkov. Nekatererezultate je možno prenesti na lokalni nivo ter določiti območje, na katerem potekajo določeneemisije, vendar pa LCA ne omogoča popolne ocene lokalnih tveganj ter ne prepozna učinkov, ki selahko pričakujejo kot npr. posledica obratovanja tovarne na točno določeni lokaciji.

Enako velja tudi za časovni vidik. LCA običajno ne omogoča dinamičnega pristopa. Kljub temu pase bodoč razvoj tehnologij vedno bolj upošteva pri bolj natančnih LCA študijah.

LCA model se osredotoča na fizične karakteristike industrijskih aktivnosti ter drugih ekonomskihprocesov. Ne vključuje marketinških mehanizmov ali sekundarnih učinkov na tehnološki razvoj.

LCA se osredotoča na okoljske vidike proizvoda in ne pove ničesar o ekonomskih, socialnih alidrugih značilnostih. Vplivi na okolje so pogosto opisani kot možni, ker niso določeni v času inprostoru in so povezani glede na poljubno definirane funkcijske enote.

Kljub temu, da LCA teži k temu, da je znanstveno osnovana, vsebuje več tehničnih predpostavk inizbir vrednosti. Pomembno vlogo pri tem ima ISO standardizacijski postopek, ki pomaga odpravitineskladnosti. Pomembno je, da so te predpostavke in izbire čim bolj transparentne.

Dodatna omejitev tiči v dostopnosti podatkov. Baze podatkov se razvijajo v različnih državah inkljub temu, da so standardizirane, se v praksi dogaja, da so ti podatki zastareli, neprimerljivi alineznane kakovosti. Podatki so ponavadi dostopni v obliki blokov za celoten proces, ne pa zaposamezne sestavne dele teh blokov.

Ena temeljnih značilnosti se nanaša na naravo LCA kot analitično orodje. LCA lahko zagotovipodatke za pomoč pri sprejemanju odločitev, ne more pa nadomestiti samega procesa sprejemanjaodločitev [13].

LCA kot del nabora orodij

Prej opisane omejitve LCA je mogoče rešiti z razširitvijo analize in uporabo drugih analitskih orodij

21


za določeno situacijo odločanja.

Proizvod se npr. lahko analizira z uporabo LCA in hkrati se izvede ocena tveganja za ključneprocese v verigi, pri čemer je poudarek na lokalnih okoljskih vplivih. Obe vrsti podatkov sta lahkoključnega pomena pri sprejemanju odločitev.

Še en uporaben pristop je uporaba LCA analize skupaj s t.i. analizo pretoka snovi. To je še posebejprimerno, če ena snov prevladuje v proizvodu. Za eno snov lahko postane tržni mehanizem delanalize.

Komplementarna uporaba drugih vrst orodij je ključnega pomena, če nas zanimajo še drugi vidikinovega proizvoda, kot so širše okoljske posledice ali socialni in ekonomski vidiki. Ti pogledi meddrugim vključujejo javno zdravje in varnost, dobro počutje živali, uporabo otroškega dela vproizvodnih stopnjah proizvoda, ekonomski ter drugi vidiki.

Za analizo ekonomskih vidikov se lahko uporablja metoda stroškov življenjske dobe proizvoda(Life Cycle Cost Analysis, LCC) za oceno ekonomike življenjskega cikla produkta. Za LCC selahko pričakuje, da bo postal standardni dodatek k LCA analizi.

Cilj je zagotoviti skupek orodij, ki ponujajo možnosti za različne vrste analiz v skladu z danimizahtevami za določeno situacijo odločevanja. Dolgoročni cilj je združiti uporabo različnih orodij vskupno orodje, ki bi bilo uporabno za sprejemanje odločitev [13].

2.3.2 Faze LCA analize

Metode dela za LCA analizo so strukturirane v okvir, ki je svetovno sprejet in temelji na številnihISO standardih. Po tem okvirju so faze razdeljene na štiri določene faze, ki so prikazane na sliki 4,in so:

• Definicija obsega in namena

• Analiza inventarja

• Ocena vplivov

• Interpretacija

V nadaljevanju so te faze na kratko opisane. Opis je povzet predvsem iz vira [14].

22


Slika 4: Faze analize LCA (povzeto iz [12])

Definicija obsega in namena

Definicija obsega in namena je faza, pri kateri se izbere začetne možnosti, ki določijo celoten načrtizvedbe LCA študije. Namen analize je definiran z ozirom na ciljne skupine in predvideno uporabo.Obseg LCA študije je definiran iz časovnega, geografskega in tehnološkega vidika ter od namena(kompleksnosti LCA študije). Produkti so predmet analize in so opisani glede na funkcijo,funkcionalno enoto ter referenčne tokove.

Namen. Prvi korak pri definiciji obsega in namena zajema navedbo in utemeljitev namena LCAštudije, razlago namena (cilja) študije ter opredelitev uporabe rezultatov, pobudnika študije,sodelujoče, interesno skupino in mišljene uporabnike študije.

Obseg. Definicija obsega zajema časovne, geografske in tehnološke posledice ter način uporabljeneanalize in celotno izpopolnjenost študije. Izdela se lahko poročilo obsega in namena za kritičnipregled in pripombe zainteresiranih strank. V definiciji obsega so utemeljene glavne izbire z oziromna faze analize inventarja, oceno vpliva in interpretacijo.

Rezultati definicije obsega in namena. Rezultati definicije obsega in namena so jasno določennamen študije, funkcionalna enota ter referenčni diagrami poteka za različne alternativne sistemeprodukta. Dodatno nam da obseg študije dodatne možnosti v nadaljnjih fazah. Ti rezultati so osnovaza naslednjo fazo LCA, to je analiza inventarja [14].

Analiza inventarja

Analiza inventarja je faza, pri kateri se definira sistem produkta. V tem kontekstu se definira mejesistema (med ekonomijo in okoljem, med drugimi produkti sistema in v odnosu z ozadjem),

23

Definicija obsega in namena

Analiza inventarja

Ocenavplivov

Inte

rpre

taci

ja


načrtuje se diagrame poteka z enotami procesa, zbere se podatke za vsak proces ter se izvedejostopnje dodelitve za večfunkcionalne procese. Ključni del analize inventarja je zbiranje procesnihpodatkov. To ponavadi vključuje veliko količino podatkov v elektronski obliki, ki se jih delomapridobi iz zbirk podatkov. Glavni rezultat analize inventarja je tabela inventarja, ki navaja merljivevhode v sistem in izhode iz sistema, povezane s funkcionalno enoto izraženo v enotah, npr. kgogljikovega dioksida, mg fenola, kg železove rude, m3 zemeljskega plina, itd.

Ekonomsko-okoljske meje sistema. V LCA je potrebno slediti vsakemu toku ekonomskih vhodovin izhodov, dokler niso vsi prevedeni v okoljske posege. Vhodi so tokovi, ki vstopajo v sistemprodukta in so odvzeti iz okolja, izhodi pa so tokovi, ki zapuščajo proces ter se jih zavrže v okolje .Okoljski posegi so torej tisti, ki prečkajo meje med ekonomijo in okoljem. Da se ustvari ločnicomed sistemom produkta in okoljem ter med osnovnimi in drugimi tokovi, je potrebno natančnodefinirati ekonomsko okoljske meje sistema.

Zbiranje, kakovost in validacija podatkov. Analiza inventarja zajema zbiranje vseh relevantnihpodatkov o enotah procesov. Pri tem se količinsko ovrednoti vse tokove povezane z enotamiprocesov. Procesni podatki na voljo izvajalcu so lahko strukturirani na različne načine, prav tako ještevilne tokove potrebno ali grobo oceniti ali izpustiti ter jih posledično zanemariti. Osnovaproblema pri opustitvi je pomanjkanje dostopnih podatkov, kar vključuje nesorazmerne izdatkesredstev in dela za zbiranje podatkov. Opustitev lahko bistveno vpliva na izid LCA študije. V bazahpodatkov LCA so procesni podatki velikokrat organizirani okoli enot procesov in povezujejoekonomske izhode z ekonomskimi vhodi in okoljske vhode z izhodi. Procesni podatki, ki jihzagotavljajo podjetja, so tudi mnogokrat organizirani okoli enot procesov, vendar so podani kotenote vhodov ali izhodov v odvisnosti od časa. V principu naj bi LCA študija sledila vsemprocesom v življenjskem ciklu za določen sistem produkta od zibelke do groba.

Kvaliteta podatkov ima zelo velik vpliv na rezultate in je zaradi tega ocena kvalitete podatkov priLCA analizi zelo pomembna. Četudi je kakovost individualnih podatkov dobra, kljub temu lahkoprivedejo do napačnih rezultatov. Podatki uporabljeni v dani študiji morajo biti reprezentativni.Kakovostne zahteve se nanašajo na zanesljivost in veljavnost podatkov procesa. Ker je veljavnostodvisna od uporabe, je potrebno oceniti veljavnost samih podatkov.

Validacija podatkov vključuje preverjanje veljavnosti zbranih procesnih podatkov. V ta namen jezbranih več orodij vključno z masnimi bilancami, energijskimi bilancami ter primerjavo z drugimiviri podatkov. Katerikoli podatki, ki se izkažejo za neustrezne med validacijo, se morajo zamenjati.Podobno se mora manjkajoče podatke identificirati na tej stopnji in se mora sprejeti odločitve, kakote vrzeli zapolniti.

Večfunkcionalnost in dodelitev. Večina industrijskih procesov je večfunkcijskih, kar pomeni, daproizvajajo več kot le en produkt, vhodi surovin pogosto vključujejo tudi intermediate, recikliraneprodukte, odpadne produkte itd. Sprejeti je potrebno odločitve, do kakšne mere se ekonomskim

24


tokovom in okoljskim posegom povezanih s preučevanim sistemom produkta dodeli funkcijskeenote proizvedene v tem sistemu. Odločitve o specifičnosti dodelitve so določene s precizno naravomej sistema, kot je prej določeno, saj to določa, katere vhode in izhode se upošteva kot povezane sfunkcijo, ki nas zanima.

Rezultati analize inventarja. Glavni rezultati te faze, ki so vhod za naslednjo, je tabela inventarja.Dobi pa se še številne druge dodatne informacije, kot so vidiki, ki jih ni mogoče ovrednotiti,informacije, povezane s kakovostjo podatkov itd. Te ostale oblike podatkov so posebej uporabne vfazi interpretacije [14].

Ocena vplivov

Ocena vpliva življenjskega cikla (angl. life cycle impact assessment (LCIA)) je stopnja, pri kateri sezbirka rezultatov iz analize inventarja nadalje obdela ter kategorizira v potencialne vplive na okoljein tudi druge, kot so npr. potencialni vplivi na človeško zdravje. Razvit je seznam kategorij vplivovter modeli, ki se nanašajo na okoljske posege in povezujejo kategorije kazalcev z izbranimikategorijami vplivov. Neobvezna normalizacija lahko služi za navedbo rezultatov na globalni aliregionalni ravni. V končni fazi se lahko indikatorji rezultatov združijo in ovrednotijo npr. svključitvijo družbenih preferenc za različne skupine vplivov [14].

Pozornost je potrebno posvetiti naslednjim težavam, ki se lahko pojavijo na tej stopnji, kot so:

• izbiri obravnavanih kategorij učinkov

• izbiri in uporabi karakterizacijskih metod,

• izbiri skupin procesov ali skupin snovi, katere se izvzame iz analize,

• izvršbi normalizacijske stopnje,

• izvršbi koraka tehtanja,

• izvršbi analize občutljivosti in drugim.

Izbira kategorij vplivov. V fazi ocene vplivov se rezultati iz analize inventarja pretvorijo vprispevke k ustrezni kategoriji vplivov, kot so izčrpavanje abiotskih virov, podnebne spremembe,zakisljevanje, itd. V ta namen je potrebno identificirati pomembne kategorije vplivov. Da se olajšadelo izvajalcev, programska orodja za LCA analize vključujejo seznam kategorij vplivov. Izvajalcimorajo na tej stopnji izbrati ustrezno kategorijo, ki je ustrezna za izbrani cilj njihovega študija.

Kategorije vplivov so [14]:

• Izčrpavanje abiotskih virov. Abiotski viri so naravni viri (vključno z energijskimi viri), kot

so železova ruda, surova nafta, vetrna energija, itd., katere se obravnava kot neživi viri.Izčrpanje abiotskih virov je ena od najpogosteje obravnavanih kategorij vplivov ter

25


posledično obstaja veliko število različnih metod za karakterizacijo teh prispevkov k tejkategoriji. V veliki meri različne metodologije odražajo razlike pri definiciji problema. Takategorija vplivov vključuje naravne vire, zdravje ljudi in naravno okolje.

• Izčrpavanje biotskih virov. Biotski viri (vključno z energenti) se šteje kot žive vire, npr.

gozdovi, živali. Ta kategorija zajema naravne vire, človeško zdravje ter naravna okolja intista, ki je ustvaril človek kot področja zaščite.

• Vpliv na rabo tal. Ta kategorija zajema vrsto posledic na rabo tal. Razlikuje se uporaba

zemljišč glede na vplive na naravne vire ter uporabo zemljišč z vplivi na biotsko raznolikost,funkcijo življenjske podpore, itd.:

• Konkurenca za zemljo. Ta podkategorija vplivov na rabo tal zadeva izgubo zemljišč kot

naravni vir, ker so zemljišča začasno nedosegljiva. Področja varstva so naravni viri inokolje, ki ga je ustvaril človek.

• Izguba biodiverzitete. V tej kategoriji se problem definira kot učinki na biodiverziteto

kot posledica izkoriščanja bioloških virov ter uničevanja in spreminjanja zemljišč.

• Izguba življenjskih podpornih funkcij. V tej kategoriji vplivov se problem definira kot

učinek na podporo življenjskih funkcij, kot so izkoriščanje bioloških virov, uničevanjeali spreminjanje zemljišč.

• Poraba vode. Poraba vode se nanaša na skupino povezanih okoljskih problemov, ki jih

povzroča pomanjkanje vode zaradi črpanja podtalnice in onesnaževanja vode. To lahkoprivede do znižanja nivoja podtalnice, problemov s pitno vodo in spremembami naravnevegetacije.

• Podnebne spremembe. Klimatske spremembe so tu definirane kot vpliv človeških emisij na

toplotno radiacijsko absorpcijo atmosfere. To bi lahko imelo hude posledice na zdravjeekosistema, zdravje ljudi ter na materiale. Večina teh emisij povzroča dvig temperature naZemljinem površju. Temu se popularno reče efekt tople grede. Področja zaščite so človeškozdravje, naravno ter človeško ustvarjeno okolje.

• Tanjšanje stratosferske ozonske plasti. Tanjšanje stratosferske ozonske plasti se nanaša na

redčenje plasti ozona v stratosferi kot posledica antropogenih emisij. To povzroča, da dosežeZemljino površje večji delež UV-B svetlobe s potencialno nevarnimi vplivi na zdravje ljudi,zdravje živali, kopenski in vodni ekosistem, biokemijske cikle in materiale. To zajema vsaštiri področja zaščite: človeško zdravje, naravno okolje, okolje, ki ga je ustvaril človek ternaravne vire.

• Toksičnost za človeka. Ta kategorija učinkov zajema vplive strupenih snovi prisotnih v

okolju na zdravje ljudi. Nevarnost za zdravje zaradi izpostavljenosti na delovnem mestu sevčasih vključi v LCA. Slednja tveganja so ponavadi vključena v širšo kategorijo vplivov inzajemajo več kot le izpostavljenost toksičnim snovem. Področje zaščite za to kategorijo ječloveško zdravje.

26


• Ekotoksičnost. Ta kategorija vplivov zajema učinke toksičnih substanc na vodne, zemeljske

in sedimentne ekosisteme. Področje zaščite je naravno okolje (ter naravni viri).

• Sladkovodna ekotoksičnost. Sladkovodna ekotoksičnost se nanaša na vplive strupenih

snovi na sladkovodne ekosisteme.

• Morska ekotoksičnost. Ta kategorija vpliva obravnava učinek strupenih snovi na morske

vodne ekosisteme.

• Kopenska ekotoksičnost. Kopenska ekotoksičnost se nanaša na vplive strupenih snovi na

kopenske ekosisteme.

• Sladkovodna sedimentna ekotoksičnost. Sladkovodna sedimentna ekotoksičnost se

nanaša na vpliv toksičnih substanc na sedimente v sladkovodnih ekosistemih.

• Morska sedimentacijska ekotoksičnost. Morska sedimentacijska ekotoksičnost se nanaša

na vpliv strupenih snovi na sedimente v morski vodi.

• Tvorba fotooksidantov. Tvorba fotooksidantov je tvorjenje reaktivnih kemijskih spojin kot

je ozon, s pomočjo sončne svetlobe in določenih onesnaževalcev zraka. Te reaktivne spojinelahko škodujejo zdravju ljudi ter poškodujejo kmetijske pridelke. Področje zaščite ječloveško zdravje, okolje, ki ga je ustvaril človek, naravno okolje ter naravni viri.

• Acidifikacija. Zakisljevalni onesnaževalci imajo veliko vplivov na prst, podzemno vodo,

površinsko vodo, biološke organizme, ekosisteme in materiale (zgradbe). Glavnionesnaževalci so SO2, NOX in NH3. Področja zaščite so naravno okolje, okolje, ki ga jeustvaril človek, človeško zdravje in naravni viri.

• Evtrofikacija. Evtrofikacija obravnava potencialni vpliv visokih količin makrohranil v

okolju, med najpomembnejšimi sta dušik in fosfor. Obogatitev s hranili lahko povzročinezaželen premik v sestavi vrst ter prekomerno tvorbo biomase v vodnih in kopenskihekosistemih. Dodatno lahko visoka koncentracija hranil naredi površinsko vodo neprimernoza vir pitne vode. V vodnih ekosistemih lahko povečana proizvodnja biomase vodi doznižanih vrednosti kisika, zaradi dodatne porabe kisika za razgradnjo biomase. Ker imajoemisije razgradljivih organskih snovi podoben učinek, se tudi te obravnava v kategorijievtrofikacije. Področja zaščite so naravno okolje, naravni viri in okolje, ki ga je ustvarilčlovek.

• Odpadna toplota. Emisije odpadne toplote lahko lokalno povišajo temperaturo na primer v

mestu, jezeru, reki itd. Učinki na ekosistem za emisije odpadne toplote v ozračje sozanemarljivi, ima pa lahko, odvisno od lokalnih pogojev izpust odpadne toplote vpovršinske vode kot posledico dvig temperature s posledičnimi učinki na vodni ekosistem.Področja zaščite so naravna okolja in naravni viri.

• Vonj. Vonj postane problem, ko je koncentracija smrdljivih snovi takšna, da se zazna kot

neprijetna. Kdaj je vonj zaznan kot smrad, je odvisno od posameznika, ki mu je izpostavljen.Nad določeno vrednostjo pa ga vsi zaznajo kot takega. Področje zaščite je človeško zdravje.

27


• Smrdljiv zrak. Ta podzvrst zajema vonj v zraku.

• Smrdljiva voda. Ta podzvrst se nanaša na vonj vode.

• Hrup. Hrup se nanaša na okoljski vpliv zvoka. V osnovi ti vplivi zajemajo zdravje ljudi in

zdravje ekosistema, vendar so okoljski mehanizmi zapleteni, nelinearni ter v veliki meriodvisni od lokalnih okoliščin. Hrup je podoben kot vonj v tem, da je stopnja izpostavljenostiobčutena različno za različne ljudi.

• Vpliv ionizirajočega sevanja. Kategorija vplivov ionizirajočega sevanja pokriva vpliv, ki

izhaja iz izpusta radioaktivne snovi in tudi direktne izpostavljenosti sevanju. Izpostavljenostionizirajočemu sevanju je škodljiva ljudem in živalim. Področje zaščite je zdravje ljudi,naravno okolje in naravni viri.

• Žrtve. Ta kategorija vplivov se nanaša na žrtve pri nesrečah. Področje zaščite je človeško

zdravje.

• Posredovanje, za katere karakterizacijski faktorji manjkajo. Dosti je praktičnih primerov,

ki vključujejo izpuste strupenih kemikalij, za katere niso poznani toksični potenciali in nisonavedene v tabelah s karakterizacijskimi faktorji. Isto velja za zakisljevalne snovi,ionizirajoče substance, vire, ki se lahko izčrpajo, itd. Velja splošno priporočilo, da se prirazširjeni študiji LCA manjkajoče karakterizacijske faktorje izračuna, oceni ali ekstrapolira.To je pogosto neizvedljivo na primer zaradi pomanjkanja časa ali znanja. V takih primerih sespregledane stvari obravnava v ločenem delu ocene vpliva.

Klasifikacija, karakterizacija, normalizacija in združevanje. Okoljskim ukrepom, ki so bilikvalitativno in kvantitativno ovrednoteni pri analizi inventarja se dodeli izbrane kategorije vplivov.

Klasifikacije so kvantificirane v obliki splošnih enot za to kategorijo, kar omogoča združevanje venoten izid, ti. indikator rezultata.

Normalizacija je definirana kot izračun magnitud indikatorjev rezultatov relativnih glede nareferenčne podatke. Referenčna informacija se lahko nanaša na dano skupnost, osebe ali sistem vdoločenem časovnem obdobju. Glavni namen normalizacije kategorije indikatorjev je boljšerazumevanje relativnih pomembnosti in magnitude teh rezultatov za vsak sistem produktov vštudiji. Normalizacija se lahko uporabi tudi za preverjanje neskladja, za zagotovitev in sporočitevinformacij z relativno pomembnostjo o rezultatih indikatorjev kategorij ter za pripravo dodatnihpostopkov kot sta tehtanje ali interpretacija.

Združevanje je korak ocene vpliva pri katerem so kategorije vplivov združene v eno ali več skupin[14].

Rezultati ocene vpliva. Glavni rezultati te faze, ki je vhod v naslednjo fazo interpretacije,vključujejo velikosti potencialnih vplivov, njihove normalizirane vrednosti ter ovrednotenjevrednosti [14].

28


Interpretacija

Interpretacija je faza pri kateri se rezultate analiz ter vse izbire in predpostavke, narejene medanalizo, ovrednoti ter se poda skupne zaključke. Glavni elementi faze interpretacije so ocenarezultatov (v smislu doslednosti in celovitosti), analiza rezultatov (npr. v smislu robustnosti) teroblikovanje zaključkov in priporočil študije.

Upoštevati je potrebno sledečo postopkovno problematiko [14]:

• Izbira predpostavk in podatkov, katere je potrebno preveriti ali analizirati v interpretacijski

fazi, še posebej specifikacije produkta in specifikacije sistema, metodološke izbire teruporabljene podatke in računske modele

• Izvedba analize občutljivosti in analize nedoločenosti

• Kvantificirati je potrebno natančnost izračunanih LCA rezultatov, vključno z netočnostjo

podatkov in nedoločenosti iz odstopanj procesnih situacij, ki se jih analizira

• Določiti je potrebno pasovno širino LCA rezultatov v povezavi s kvantifikacijo natančnosti

teh rezultatov ter primernost, kakovost in rezultate analize občutljivosti

• Učinke zaključkov o pasovni širini z ozirom na možne implikacije zaključkov, ki temeljijo

na LCA rezultatih, možnih popravkih namena LCA študije ter možnih pregledih nadaljnjihnapredkov procesov

• Namere glede na možnosti iterativnega pristopa k fazam procesa

• Nadaljnje načrtovanje procesa ter njegovega upravljanja

Preverjanje skladnosti. Namen preverjanja skladnosti je v tem, da se določi ali so predpostavke,metode, modeli in podatki v skladu z namenom in obsegom študije preko celotnega življenjskegacikla ter med različnimi možnostmi. Vse ostale analize rezultatov in analize občutljivosti sonekoristne, če so predpostavke in uporabljeni modeli pri LCA neskladni z namenom in obsegomštudije ali so nekonsistentni med različnimi možnostmi [14].

Preverjanje celovitosti. Preverjanje celovitosti zagotovi, da so vse ustrezne informacije in podatkipotrebni za fazo interpretacije razpoložljivi ter popolni. Pri preverjanju napak se študija preveriglede napačnih predpostavk, izbire modelov in podatkov. Strokovni pogled na rezultate LCA ter nato, kako so bili ustvarjeni, lahko razkrije napake in nepopolne podatke. Strokovnjak za LCA lahkopreveri uporabljeno metodologijo in različne faze projekta ter rezultate in zaključke analize vodvisnosti od namena in obsega študije. Tehnični strokovnjaki lahko pogledajo tudi parametre, kiopišejo sistem produkta in uporabljene podatke [14].

Analiza prispevkov, motenj, občutljivosti in nedoločenosti. Analiza prispevkov izračuna celotenprispevek različnih faktorjev k rezultatu. Prispevki so v splošnem izraženi v odstotku od celote.

29


Analiza motenj zajema študijo učinka majhnih sprememb v sistemu na rezultate LCA. Učinki tehmajhnih sprememb se računajo hkratno za vse tokove v sistemu vključno z ekonomskimi tokovi.Analiza motenj je lahko zelo pomembna pri analizi izboljšanja in pri analizi občutljivosti, katere ciljje identificirati pomembne točke ter izboljšati LCA študijo.

Da se lahko uporabi LCA kot orodje pri sprejemanju odločitev, pa so potrebne tudi informacije orobustnosti rezultatov. Ta element faze interpretacije oceni vpliv na rezultate s strani variacij vprocesnih podatkih, v izbiri modela ter drugih spremenljivk. V analizi občutljivosti se te spremembenamerno vnese z namenom, da se določi robustnost rezultatov z ozirom na te spremembe [14].

Rezultati interpretacije. Rezultati faze interpretacije so dvojni. Prvič, so tu rezultati vseh oblikanaliz skladnosti in nedoločenosti, ki vodijo do številnih presoj povezanih s kakovostjo inrobustnostjo dognanj analize inventarja in oceno učinka. Drugič, je tu opis končnih zaključkov inpriporočil kot na primer izbira produktov ali izboljšave [14].

2.4 Programsko orodje OpenLCAOpenLCA je odprtokodno profesionalno programsko orodje za oceno življenjskega cikla (LCA) inonesnaževanja s širokim naborom funkcij ter z mnogimi dostopnimi podatkovnimi bazami. PodjetjeGreenDelta ga je ustvarilo leta 2006 [15]. Programsko orodje je v celoti transparentno in ga lahkokdorkoli spreminja. Poleg tega, da je openLCA odprtokodni in zastonj, omogoča [15]:

• profesionalno modeliranje življenjskega cikla in

• široko izbiro podatkovnih baz življenjskega cikla ter

• široko izbiro metod za ocenjevanje okoljskih vplivov.

2.4.1 Značilnosti openLCA 1.4OpenLCA 1.4 je moderno, zmogljivo, zastonj in odprtokodno programsko orodje za LCA ter zaocenjevanje trajnosti. OpenLCA ima sledeče lastnosti (v primerjavi z ostalimi LCA programskimiorodji):

• OpenLCA je hiter. Hitrost izračunov in modeliranja za zelo velike sisteme (kot so ecoinvent

3 ali »Social Hotspot« podatkovna baza) je izboljšana.

• OpenLCA ponuja različne uvozne in izvozne vmesnike. Uvozni in izvozni vmesniki

vključujejo formate: ILCD, EcoSpold1, EcoSpold2, SimaPro csv, Excel (posebne predlogeza nabore procesnih podatkov). OpenLCA se lahko uporabi tudi kot orodje za pretvorborazličnih formatov.

• Profesionalno modeliranje življenjskega cikla. V openLCA se lahko uporabi vse napredne

30


možnosti modeliranja življenjskega cikla kot so: tvorjenje povezav med procesi, razširitevsistema, določitev parametrov, določitev nedoločenosti, analiza rezultatov z namenomidentifikacije žarišč (ang, hotspots) in glavnih dejavnikov ter analiza občutljivosti.

• Posodabljanje programa. Program se konstantno posodablja. Najnovejša verzija 1.5.0 je

izšla septembra 2016. Pomembna novejša posodobitev je direktna povezava parametrov sprocesi. Parametre se lahko prepiše v sistemu produkta, projekta ali baze podatkov. Možnoje tudi uporabiti enako ime večkrat za različne procese in za različne vrednosti.

• Izboljšana je tudi uporabnost. Sistemi produktov se lahko sedaj izdelajo direktno iz procesa.

• OpenLCA je zastonj in odprtokoden. Posledično se lahko prosto deli in razmnožuje

ustvarjene modele ter se namesti openLCA kjerkoli se želi, brez skrbi glede licence.Upoštevati pa je potrebno licence uporabljene baze podatkov [15].

2.4.2 Baza podatkov za LCADostopnih je več zastonj in komercialnih baz podatkov za LCA, katere zagotavljajo različneinštitucije. V osnovi se za bazo podatkov openLCA direktno uvozi EcoSpold ali ILCD format.Različne podatkovne baze za uporabo z openLCA se dobi na spletni stranihttps://nexus.openlca.org/. Te baze podatkov so [16]:

• ESU World Food. Svetovna LCA baza podatkov razvita s strani ESU-services Ltd., ter

vsebuje preko 1600 podatkovnih nizov za analizo inventarja (LCI) povezanih z aktivnostmiv kmetijstvu in predelavi in potrošnji hrane.

• DataSmart. To je LCI podatkovna baza reprezentativna za področje severne Amerike, ki jo

zagotavlja EARTSHIFT in vsebuje USLCI podatke ter modificiran nabor podatkovEcoinvent v.2.2 kakor tudi preko 700 novih procesov, ki pokrivajo področja, kot so tekstilna,pakirna, mlečna industrija, industrija biomaterialov ter električne mešanice vseh 50Združenih držav.

• PSILCA. PSILCA je povsem nova podatkovna baza za socialno LCA, ki je bila razvita pri

GreenDelta. Vsebuje obširne generične informacije inventarja za skoraj 15000 industrijskihpanog in proizvodov za računanje in oceno socialnih vplivov produkta skupaj z njihovimživljenjskim ciklom ter zaznava socialna žarišča (ang.: hotspots).

• GaBi. Obširna baza podatkov LCA z industrijskim ozadjem vključno z bazo podatkov s

posebnim namenom od thinkstep (predhodno PE INTERNATIONAL).

• Ecoinvent. To je vodilna podatkovna baza LCA v svetu.

• ELCD. Evropska referenčna baza podatkov življenjskega cikla od skupnega raziskovalnega

središča.

• Social Hotspots. Je prva obširna podatkovna baza za socialno LCA, ki združuje modelirne

zmožnosti globalnega sistema produktov v več kot 100 državah in kazalce tveganjaposameznih področij.

31

https://nexus.openlca.org/


• ProBas. ProBas je nemška podatkovna zbirka originalno podana s strani nemškega

zveznega urada za okolje. Vključuje enote kakor združene procese za sledeča področja:energija, materiali in produkti, transportne storitve in odpadki.

• Agribalyse. To je LCI podatkovna baza za glavne francoske kmetijske proizvode iz kmetij.

Podana je od francoske agencije za okolje in upravljanje z energijo, ki je rezultat programaAgribalyse.

• USDA. Je LCA podatkovna baza, ki vsebuje kmetijske podatke za Združene države

Amerike. Podana je s strani ameriškega ministrstva za kmetijstvo.

• Ökobaudat. To je podatkovna baza za gradbene materiale, podana od nemškega zveznega

ministrstva za promet, gradnjo in urbani razvoj.

• LC-Inventories.ch. To so popravki, posodobitve in razširitve podatkov ecoinvent v.2.2, ki so

jih ustvarili ESU in drugi.

• NEEDS. Podatkovna baza, ki so jo ustvarili pri projektu NEEDS (New Energy Externalities

Developments for Sustainability). Vključuje inventar življenjskega cikla za bodočo oskrbo zelektrično energijo v Evropi. Vključuje industrijske podatke LCI za bodoče transportnestoritve, dostavo energije in materiala.

• Bioenergiedat. Procesi za dobavne verige bioenergije z nemškim ozadjem, ki je bila razvita

v kontekstu nemškega raziskovalnega projekta BioEnergieDat s podporo nemškegazveznega ministrstva za okolje, ohranjanje narave in jedrsko varnost [16].

32


3 Praktični del

3.1 Obseg in namenNamen diplomske naloge je oceniti okoljske vplive proizvodnje bioetanola z dvema različnimapostopkoma in iz dveh različnih surovin z uporabo programskega orodja openLCA. Za izračunvplivov smo uporabili osnovno CML metodologijo, ki velja za najbolj popolno ter je najpogostejeuporabljena [17].

Prvi izbrani postopek je pridobivanje etanola iz lahko fermentirajočih ogljikovih hidratov s pomočjokvasovk. Kot vhodni surovini smo izbrali sladkorni trs in sladkorno peso. Iz sladkornega trsanajpogosteje pridobivajo etanol v Braziliji. Ker sladkorni trs rase le v tropskih območjih, smoračunali okoljske vplive za Brazilijo. Poleg tega smo opravili simulacijo procesa za dolgetransportne poti surovin, pri čemer smo upoštevali 150 km prevoza s tovornjaki, 1500 km z vlakomin 10000 km z ladjo, kar bi bile približne razdalje do Evrope. Kot drugo surovino pri prvempostopku smo izbrali sladkorno peso, ki se uporablja v Evropi in drugje po svetu, ker je manjzahtevna glede podnebja.

Drugi postopek je pridobivanje etanola iz rastlin z visoko vsebnostjo škroba s hidrolizo le tega infermentacijo s kvasovkami. Kot vhodni surovini smo izbrali koruzo in pšenico. Iz pšenice sepogosto pridobiva etanol v Evropi, koruza pa je najpogostejša v Združenih državah Amerike. Zaprimer dolgih transportnih poti smo izbrali koruzo z enakimi razdaljami kot pri sladkornem trsu, karbi ustrezalo transportu iz ZDA v Evropo. Za simulacije pri tem drugem postopku smo uporabilipodatke za fermentacijo v Evropi.

Izbrani vhodni in izhodni podatki so za tovarno, v kateri bi proizvajali 500 m3 bioetanola dnevno,kar ustreza 394,5 t etanola na dan.

3.2 Analiza inventarja

3.2.1 Bioetanol iz sladkornega trsa

Spodnja slika 5 prikazuje shemo vhodov in izhodov iz procesa pri dolgi transportni poti, slika 6 papri kratki transportni poti. V tabeli 1 [18] so podatki za vhode v proces proizvodnje etanola izsladkornega trsa pri dolgi transportni poti, v tabeli 2 pa za kratko transportno pot. Izhodi iz procesaso enaki za dolgo in kratko transportno pot in so zbrani v tabeli 3 [18], [19].

33


Tabela 1: Vhodi v proces proizvodnje etanola iz sladkornega trsa pri dolgi transportni poti [18].Sladkorni trs 5794 tTransport s tovornjakom 150 kmTransport z vlakom 1500kmTransport z ladjo 10000 km

Tabela 2: Vhodi v proces proizvodnje etanola iz sladkornega trsa pri kratki transportni poti [18].Sladkorni trs 5794 tTransport s tovornjakom 50 km

34

Slika 5: Shema vhodov in izhodov iz procesa pridobivanja etanola iz sladkornega trsa pri dolgi transportnipoti.

Slika 6: Shema vhodov in izhodov iz procesa pridobivanja etanola iz sladkornega trsa pri kratki transportnipoti.


Tabela 3: Izhodi iz procesa proizvodnje etanola iz sladkornega trsa [18], [19].Etanol 394,5 tBagasa 161 tElektrična energija 192 GJ

1746 tCO2

3.2.2 Bioetanol iz sladkorne pese

Slika 7 ponazarja shemo vhodov in izhodov za ta proces. V tabeli 4 [20] so zbrani podatki za vhodev proces proizvodnje etanola iz sladkorne pese, v tabeli 5 [20] pa so izhodi.

Tabela 4: Vhodi v proces proizvodnje etanola iz sladkorne pese [20].Sladkorna pesa 4508 tVoda 3647 t

90,2 tHladilna voda 313976 tElektrična energija 116 GJPara 4243 tTransport s tovornjakom 50 km

Ca(OH)2

35

Slika 7: Shema vhodov in izhodov iz procesa pridobivanja etanola iz sladkorne pese.


Tabela 5: Izhodi iz procesa proizvodnje etanola iz sladkorne pese [20].Etanol 394,5 tPulpa 889 tOdpadna voda 3239 t

120,8 t

325 t

CaCO3

CO2

3.2.3 Bioetanol iz koruze

Na sliki 8 je shema vhodov in izhodov iz procesa pri dolgi transportni poti, na sliki 9 pa pri kratkitransportni poti. Vhodi za proces proizvodnje etanola iz koruze pri dolgi transportni poti so v tabeli6 [6], [20], pri kratki transportni poti pa v tabeli 7. Izhodi iz procesa pri dolgi in kratki transportnipoti so enaki ter so prikazani v tabeli 8 [6].

Tabela 6: Vhodi v proces proizvodnje etanola iz koruze pri dolgi transportni poti [6], [20].Koruza 1245 tElektrična energija 350,6 GJPara 798,5 tToplota iz zemeljskega plina 1837 GJTransport s tovornjakom 150 kmTransport z vlakom 1500 kmTransport z ladjo 10000 km

36

Slika 8: Shema vhodov in izhodov iz procesa pridobivanja etanola iz koruze pri dolgi transportni poti.


Tabela 7: Vhodi v proces proizvodnje etanola iz koruze pri kratki transportni poti [6] [20].Koruza 1245 tElektrična energija 350,6 GJPara 798,5 tToplota iz zemeljskega plina 1837 GJTransport s tovornjakom 50 km

Tabela 8: Izhodi s procesa proizvodnje etanola iz koruze [6].Etanol 394,5 tDDGS 429,6 t

358,5 tCO2

3.2.4 Bioetanol iz pšenice

Slika 10 prikazuje shemo vhodov in izhodov iz procesa. Vhodni podatki za proces proizvodnjeetanola iz pšenice so zbrani v tabeli 9 [21], izhodi pa v tabeli 10 [21].

37

Slika 9: Shema vhodov in izhodov iz procesa pridobivanja etanola iz koruze pri kratki transportni poti.


Tabela 9: Vhodi v proces proizvodnje etanola iz pšenice [21].Pšenica 1195 tVoda 3945 tElektrična energija 572 GJToplota 3846 GJTransport s tovornjakom 50 km

Tabela 10: Izhodi s procesa proizvodnje etanola iz pšenice [21].Etanol 394,5 tDDGS 450 tOdpadna voda 3922 t

360 tCO2

3.3 Ocena vplivovUporabljena je enostavna CML metodologija za analizo okoljskih vplivov proizvodnje bioetanola sprogramskim orodjem openLCA. CML je metoda ocene vplivov, ki omeji kvantitativno modeliranjena začetne stopnje v verigi vzrokov in učinkov, da se omeji negotovost. Rezultati so združeni vkategorije glede na skupne mehanizme (npr. podnebne spremembe) ali splošno sprejete skupine(npr. ekotoksičnost). CML metodologijo so razvili na Inštitutu za okoljske znanosti Univerze vLeidnu [22].

Obravnavane kategorije vplivov so:

38

Slika 10: Shema vhodov in izhodov iz procesa pridobivanja etanola iz pšenice.


• Potencial zakisljevanja

• Podnebne spremembe

• Izčrpavanje abiotskih virov

• Evtrofikacija

• Sladkovodna ekotoksičnost

• Toksičnost za človeka

• Morskovodna ekotoksičnost

• Tanjšanje ozonske plasti

• Fotokemijska oksidacija

• Kopenska ekotoksičnost

3.4 Rezultati z interpretacijoV tabeli 11 so zbrani rezultati okoljskih vplivov LCA analize za proizvodnjo etanola in proizvodnjobencina. Vrednosti ustrezajo dnevni proizvodnji etanola, ki znaša 500 m3 oz. 394,5 t. Podatki zabencin so prilagojeni na enako sežigno toploto, kot jo ima 394,5 t etanola. Le ta je višja za bencin inustreza 62 % mase etanola. Ekvivalentna masa bencina je 245 t [23].

39


Tabela 11: Rezultati okoljskih vplivov proizvodnje bioetanola, pridobljeni s programskim orodjem openLCA.

40

Kategorija vpliva Etanol iz žita

20,49 3,47 6,94 11,22 7,88 11,08 2,35

1.401 240 1.228 1.182 971 1.538 266

4,57 2,55 1,65 3,94 3,65 7,77 0,37

2.908 620 10.623 3.819 3.391 5.751 1.020

3,39 1,85 2,39 3,58 3,21 6,47 0,19

118,30 113,60 4,07 175,00 175,00 112,70 4,84

1.304 1.074 106 202 162 248 44

518.485 81.674 192.900 375.478 327.017 417.672 55.815

183,01 26,79 110,50 106,17 71,88 135,50 221,90

656,94 67,81 266,00 371,30 264,00 324,60 150,50

6,02 5,82 0,63 5,36 5,33 4,43 0,07

Etanol iz sladkornega trsa, dolga transportna pot

Etanol iz sladkornega trsa

Etanol iz sladkorne pese

Etanol iz koruze, dolga transportna pot

Etanol iz koruze, kratka transportna pot

Proizvodnja bencina (ekv. 500 m³ etanola)

Acidifikacijski potencial – povprečje za Evropo [t SO

2 ekv.]

Podnebne spremembe – GWP100 [t CO

2 ekv.]

Izčrpavanje abiotskih virov – elementi, končne zaloge [kg antimona ekv.]Izčrpavanje abiotskih virov – fosilna goriva [GJ]

Evtrofikacija – splošno [t PO

4 ekv.]

Sladkovodna ekotoksičnost – FAETP inf. [t 1,4‑diklorobenzen ekv.]Toksičnost za človeka – HTP inf. [t 1,4‑diklorobenzen ekv.]Morskovodna ekotoksičnost – MAETP inf. [t 1,4‑diklorobenzen ekv.]Tanjšanje ozonske plasti – ODP stacionarno stanje [g CFC‑11 ekv.]Fotokemijska oksidacija – visok Nox [kg etilena ekv.]Kopenska ekotoksičnost – TETP inf. [t 1,4‑diklorobenzen ekv.]


Podatkov za sežig čistega etanola v avtomobilu nismo našli, zaradi tega smo opravili primerjavo zbencinom le za ekvivalentne emisije CO2. Emisije CO2, ekv. se pri sežigu bioetanola ne povečajo, kerle ta kroži v ekosistemu, rastline ga črpajo iz zraka in ga porabijo za svojo rast. Pri sežigu etanolanastajata dodatno CH4 in N2O, ki sta tudi toplogredna plina in doprineseta 0,003 kg CO2, ekv./L ter0,06 kg CO2, ekv./L, kar je za 500 m3 etanola skupno 31,5 t CO2, ekv. [24]. Izpust pri sežigu bencina pase poveča za 772 t CO2 ekv., kar skupaj z izpusti v celotni verigi pridobivanja bencina znaša 1038 tCO2, ekv. [25]. Ekvivalentni izpusti CO2 so predstavljeni v diagramu 1.

Diagram 1: Podnebne spremembe – GWP100, dnevne emisije za 500 m3 etanola

1) etanol iz sladkornega trsa, dolga transportna pot; 2) etanol iz sladkornega trsa, kratka transportnapot; 3) etanol iz sladkorne pese; 4) etanol iz koruze, dolga transportna pot; 5) etanol iz koruze, kratka

transportna pot; 6) etanol iz pšenice; 7) bencin

Iz diagrama 1 je razvidno, da so emisije CO2, ekv. manjše kakor za bencin pri proizvodnji in uporabietanola iz sladkornega trsa in iz koruze pri kratki transportni poti. Vpliv transportnih poti je boljizražen pri etanolu iz sladkornega trsa, kakor pri tistem iz koruze zaradi večje količine surovin.Izpusti CO2, ekv. pri etanolu iz koruze so manjši tudi pri dolgi transportni poti v primerjavi s tistim izsladkornega trsa.

V tabelah 12 do 17 so zbrani podatki za deleže emisij CO2, ekv. za posamezne dele procesaproizvodnje bioetanola.

41

1 2 3 4 5 6 70

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

t CO

, ekv

.₂


Tabela 12: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz sladkornega trsa pri dolgi transportni poti.Proces DeležTransport z ladjo 47,91 %Transport z vlakom 29,31 %Pridelava sladkornega trsa 14,33 %Transport s tovornjakom 8,45 %

Tabela 13: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz sladkornega trsa pri kratki transportni poti.Proces DeležPridelava sladkornega trsa 83,58 %Transport s tovornjakom 16,42 %

Tabela 14: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz sladkorne pese.Proces DeležProizvodnja pare 78,65 %Pridelava sladkorne pese 17,65 %Transport s tovornjakom 2,50 %Ostalo 1,20 %

Tabela 15: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz koruze pri dolgi transportni poti.Proces DeležPridelava koruze 57,37 %Proizvodnja pare 15,38 %Transport z ladjo 12,20 %Transport z vlakom 9,51 %Proizvodnja elektrike 3,39 %Transport s tovornjakom 2,15 %

42


Tabela 16: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz koruze pri kratki transportni poti.Proces DeležPridelava koruze 76,28 %Proizvodnja pare 18,72 %Proizvodnja elektrike 4,13 %Ostalo 0,87 %

Tabela 17: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz pšenice.Proces DeležPridelava pšenice 67,22 %Proizvodnja toplote 27,90 %Proizvodnja elektrike 4,25 %Ostalo 0,63 %

V diagramih 2 do 13 so grafično predstavljeni deleži posameznih prispevkov k emisijam CO 2 zarazlične postopke pridobivanja bioetanola.

Diagram 2: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz sladkornegatrsa pri dolgi transportni poti.

43

Transport z ladjo

Transport z vlakom

Pridelava slad-kornega trsa

Transport s to-vornjakom


Diagram 3: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz sladkornegatrsa pri kratki transportni poti.

Diagram 4: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz sladkornepese.

Diagram 5: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz koruze pridolgi transportni poti.

44

Pridelava slad-kornega trsa


Proizvodnja pare

Pridelava slad-korne pese


Ostalo

Pridelava koruze

Proizvodnja pare

Transport z ladjo

Transport z vlakom

Proizvodnja elek-trike



Diagram 6: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz koruze prikratki transportni poti.

Diagram 7: Prispevki k emisijam CO2 za etanol iz pšenice.

Pri proizvodnji etanola iz sladkornega trsa ni emisij CO2, ekv. zaradi pare, ker se ta pridobiva ssežigom bagase. Glavni vir emisij CO2, ekv pri proizvodnji etanola iz sladkornega trsa je njegovapridelava, v primeru dolgih transportnih poti pa postane glavni vir transport. Iz diagrama 4 jerazvidno, da so pri postopku pridobivanja etanola iz sladkorne pese emisije CO2, ekv.

največje zaproizvodnjo pare, ki se jo potrebuje v procesu.

Pri pridobivanju etanola iz škroba pa so prispevki izpustov CO2, ekv. za proizvodnjo pare oziromatoplote manjši kakor za pridelavo rastlin za surovine. Delež izpustov CO2, ekv. je za pridelavo koruzevečji kakor za pridelavo pšenice, vendar je skupna količina teh emisij manjša.

V primeru dolgih transportnih poti se emisije CO2, ekv. povečajo. To je še posebej opazno v primeruproizvodnje bioetanola iz sladkornega trsa zaradi porabljenih goriv za prevoz surovin. Emisije sepovečajo tudi pri pridobivanju etanola iz koruze, ki jo uvozimo iz ZDA, vendar je ta prispevekmanjši v primerjavi z emisijami pri pridelavi koruze in pri proizvodnji pare. Emisije CO2, ekv. pridaljših transportnih poteh za koruzo, so skupno manjše kot v primeru proizvodnje etanola izsladkornega trsa pri daljših transportnih poteh kljub večji količini emisij zaradi same pridelavekoruze in proizvodnje pare.

Hipoteza, da je uporaba bioetanola boljša od rabe bencina drži le delno. Emisije CO2, ekv. so manjše

45

Pridelava koruze

Proizvodnja pare


Ostalo

Pridelava pšenice

Proizvodnja toplote


Ostalo


le za etanol iz sladkornega trsa in koruze, v obeh primerih pri kratki transportni poti. EmisijeCO2, ekv. bi bile manjše v primeru, da bi se za pridelavo surovin in njihovo predelavo uporabljaliobnovljivi viri energije.

Hipoteza, da je uporaba bencina v primeru daljših transportnih poti primernejša, drži, saj se emisijeCO2, ekv. zaradi transporta surovin povečajo in so večje kakor ob uporabi bencina.

Potrebno je pa poudariti, da so vse emisije dodeljene le glavnemu produktu bioetanolu. EmisijeCO2, ekv bi se zmanjšale, če bi dodelili emisije še stranskim produktom, kot so bagasa pri proizvodnjietanola iz sladkornega trsa, pulpa pri sladkorni pesi ter DDGS pri koruzi in pšenici. Vendar paobstajajo različne razdelitve (alokacije) v procesih, kjer proizvajamo več kot le en produkt in sicerproporcionalno glede na maso, na kalorično vrednost, na tržno vrednost ali na kak drug kriterij [26].

Prav tako je potrebno preveriti smiselnost proizvodnje bioetanola tudi z vidika oskrbe s hrano. Zaproizvodnjo bioetanola so namreč potrebne velike količine vhodnih surovin, za kar se potrebujeveliko kmetijskih površin. Potrebno bi bilo preveriti ali je mogoče pridobiti potrebna zemljišča brezzmanjšanja namembnosti obstoječih kmetijskih površin za pridelavo hrane za ljudi in živali.

46


4 Zaključek

S programskim orodjem openLCA smo opravili analizo okoljskih vplivov za različne proceseproizvodnje bioetanola. Analizo smo opravili za proces proizvodnje etanola iz lahko fermentirajočihogljikovih hidratov iz sladkornega trsa in sladkorne pese. Kot drugi proces smo obravnavaliproizvodnjo etanola iz škroba za vhodni surovini koruzo in pšenico.

Pri dolgih transportnih poteh se vplivi na podnebne spremembe povečajo. V večjem deležu sepovečajo pri postopku pridobivanja etanola iz sladkornega trsa. Kljub večjim emisijam CO2 ekv. zapostopek pridobivanja etanola iz koruze, so le te manjše kakor za postopek iz sladkornega trsa vprimeru dolgih transportnih poti.

V primerjavi z izpusti CO2, ekv. pri izgorevanju bencina v avtomobilu imata manjše izpuste le etanolpridobljen iz sladkornega trsa in koruze pri kratki transportni poti. Za etanol, pridobljen po drugihpostopkih ali za daljše transportne poti, so izpusti večji. Emisije CO2 ekv. bi bile manjše v primeru, dabi se za pridelavo in predelavo surovin uporabljali obnovljivi viri energije.

V prihodnje bi bilo smiselno preveriti še emisije CO2, ekv. v primeru dodelitve le-teh še stranskimproduktom (bagasa, pulpa, DDGS). Prav tako bi bilo smiselno preveriti še emisije v primeruoptimiranih procesov, npr. procesov, ki so toplotno in masno integrirani.

Kljub dobljenim rezultatom bi bilo dobro preveriti tudi, kakšne so potrebne površine za pridelavosurovin in ali jih je mogoče pridobiti dovolj, da se ne ogrozi proizvodnje hrane za ljudi in živali.

47


5 Viri in literatura

1: Ross Reynolds, Vremenski vodnik, Tehniška Založba Slovenije, 2004

2: Marquita K. Hill, Understanding environmental polution, Cambridge University Press, Cambridge, 2004

3: Almuth Ernsting, Biomass and Biofuels in the Renewable Energy Directive, 2009, http://www.biofuelwatch.org.uk/docs/RenewableEnergyDirective.pdf (dostop 9. 8. 2016).

4: European Biomass Industry Association, About Biomass, http://www.eubia.org/index.php/about-biomass (dostop 9. 8. 2016).

5: Adrian Shazmi , Bioethanol, http://bioethanol-np.blogspot.si/ (dostop 9. 8. 2016).

6: Fritz Ullmann, Wolfgang Gerhartz, Y. Stephen Yamamoto, F. Thomas Campbell, Rudolf Pfefferkorn, James F. Rounsaville, 7th Edition, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Ihemistry, 2011

7: California Energy Commission, Chapter 8: Fossil Fuels - Coal, Oil and Natural Gas, http://www.energyquest.ca.gov/story/chapter08.html (dostop 9. 8. 2016).

8: EduGreen, Fossil fuels, http://edugreen.teri.res.in/explore/n_renew/fossil.htm (dostop 9. 8. 2016).

9: Rinkesh, Fossil Fuels, http://www.conserve-energy-future.com/Advantages_FossilFuels.php (dostop 9. 8. 2016).

10: Union of Concerned Scientists, The Hidden Costs of Fossil Fuels, 30.8.2016, http://www.ucsusa.org/clean-energy/our-energy-choices/coal-and-other-fossil-fuels/hidden-cost-of-fossils (dostop 9. 8. 2016).

11: Anup Shah, UN Framework Convention on Climate Change, 2004, http://www.globalissues.org/article/521/un-framework-convention-on-climate-change (dostop 9. 8. 2016).

12: DANTES, More about LCA, http://www.dantes.info/Tools&Methods/Environmentalassessment/enviro_asse_lca_detail.html (dostop 9. 8. 2016).

13: Guinée, J.B.; Gorrée, M.; Heijungs, R.; Huppes, G.; Kleijn, R.; de Koning, A. ; van Oers, L. ; Wegener Sleeswijk, A.; Suh, S.; Udo de Haes, H.A.;de Bruijn, H.; van Duin, R.; Huijbregts, M.A.J,Life cycle assessment An operational guide to the ISO standards, 2001, https://media.leidenuniv.nl/legacy/new-dutch-lca-guide-part-1.pdf (dostop 9. 8. 2016).

14: Guinée, J.B.; Gorrée, M.; Heijungs, R.; Huppes, G.; Kleijn, R.; de Koning, A. ; van Oers, L. ; Wegener Sleeswijk, A.; Suh, S.; Udo de Haes, H.A.;de Bruijn, H.; van Duin, R.; Huijbregts, M.A.J,Life cycle assessment An operational guide to the ISO standards, 2001, https://media.leidenuniv.nl/legacy/new-dutch-lca-guide-part-2a.pdf (dostop 9. 8. 2016).

15: GreenDelta GmbH, 2014, http://www.openlca.org/home (dostop 9. 8. 2016).

16: GreenDelta GmbH, openLCA Nexus, 2016, https://nexus.openlca.org/databases (dostop 9. 8. 2016).

17: SolidWorks Corporation, Appendix C - LCA Tools and Methods, http://www.solidworks.com/sustainability/sustainable-design-guide/appendix-c-the-hannover-principles.htm (dostop 9. 8. 2016).

18: Peter Zuurbier, Jos van de Vooren, Sugarcane ethanol, 2008,

48

http://www.solidworks.com/sustainability/sustainable-design-guide/appendix-c-the-hannover-principles.htm

http://www.solidworks.com/sustainability/sustainable-design-guide/appendix-c-the-hannover-principles.htm

https://nexus.openlca.org/databases

http://www.openlca.org/home

https://media.leidenuniv.nl/legacy/new-dutch-lca-guide-part-2a.pdf

https://media.leidenuniv.nl/legacy/new-dutch-lca-guide-part-1.pdf

http://www.dantes.info/Tools&Methods/Environmentalassessment/enviro_asse_lca_detail.html

http://www.globalissues.org/article/521/un-framework-convention-on-climate-change

http://www.ucsusa.org/clean-energy/our-energy-choices/coal-and-other-fossil-fuels/hidden-cost-of-fossils

http://www.ucsusa.org/clean-energy/our-energy-choices/coal-and-other-fossil-fuels/hidden-cost-of-fossils

http://www.conserve-energy-future.com/Advantages_FossilFuels.php

http://edugreen.teri.res.in/explore/n_renew/fossil.htm

http://www.energyquest.ca.gov/story/chapter08.html

http://bioethanol-np.blogspot.si/

http://www.eubia.org/index.php/about-biomass

http://www.eubia.org/index.php/about-biomass

http://www.biofuelwatch.org.uk/docs/RenewableEnergyDirective.pdf


http://www.wageningenacademic.com/doi/pdf/10.3920/978-90-8686-652-6#page=1 (dostop 9. 8. 2016).

19: H. P. Narang, D. K. Goel, Prabhat K. Gupta, R. C. Sharma, S. Koul, Methane emissions from bagasse burning in sugar Mills, 1999, http://www.issct.org/pdf/proceedings/1999/1999%20Narang%20Methane%20Emissions%20from%20Bagasse%20Burning%20in%20Sugar%20Mills.pdf (dostop 9. 8. 2016).

20: Emily Bowen, Sean C. Kennedy, Kelsey Miranda, Ethanol from Sugar Beets:A Process and Economic Analysis, 2010, https://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042810-165653/unrestricted/Ethanol_from_Sugar_Beets_-_A_Process_and_Economic_Analysis.pdf (dostop 9. 8. 2016).

21: Gary Punter, David Rickeard, Jean-François Larivé, Robert Edwards, Nigel Mortimer, Ralph Horne, Ausilio Bauen, Jeremy Woods, Well-to-Wheel Evaluation for Production of Ethanol fromWheat, A Report by the LowCVP Fuels Working Group, WTW Sub-Group, 2004, http://www.rms.lv/bionett/Files/BioE-2004-001%20Ethanol_WTW_final_report.pdf (dostop 9. 8. 2016).

22: thinkstep, CML 2001, http://www.gabi-software.com/support/gabi/gabi-lcia-documentation/cml-2001/ (dostop 9. 8. 2016).

23: Argonne, The Greenhouse Gases, Regulated Emissions, and Energy Use In Transportation Model, GREET 1.8d.1, razvit pri Argonne National Laboratory, 26.8.2010, http://cta.ornl.gov/bedb/appendix_a/Lower_and_Higher_Heating_Values_of_Gas_Liquid_and_Solid_Fuels.pdf (dostop 9. 8. 2016).

24: Richard Lawrence Klotz, The greenhouse gas emissions consequences of the expanded renewable fuel standard, Cornell University, 2010, https://ecommons.cornell.edu/bitstream/handle/1813/14747/Klotz,%20Richard.pdf;sequence=1 (dostop 9. 8. 2016).

25: EPA, GHG Equivalencies Calculator - Calculations and References, 2016, https://www.epa.gov/energy/ghg-equivalencies-calculator-calculations-and-references (dostop 9. 8. 2016).

26: Laboratorij za termoenergetiko, Študije življenjskih ciklov (Life Cycle Assessment –LCA), , http://lab.fs.uni-lj.si/kes/gospodarjenje_z_energijo/_LCA_predavanje.pdf (dostop 9. 8. 2016).

49

http://lab.fs.uni-lj.si/kes/gospodarjenje_z_energijo/_LCA_predavanje.pdf

https://www.epa.gov/energy/ghg-equivalencies-calculator-calculations-and-references

https://ecommons.cornell.edu/bitstream/handle/1813/14747/Klotz,%20Richard.pdf;sequence=1

http://cta.ornl.gov/bedb/appendix_a/Lower_and_Higher_Heating_Values_of_Gas_Liquid_and_Solid_Fuels.pdf

http://cta.ornl.gov/bedb/appendix_a/Lower_and_Higher_Heating_Values_of_Gas_Liquid_and_Solid_Fuels.pdf

http://www.gabi-software.com/support/gabi/gabi-lcia-documentation/cml-2001/

http://www.gabi-software.com/support/gabi/gabi-lcia-documentation/cml-2001/

http://www.rms.lv/bionett/Files/BioE-2004-001%20Ethanol_WTW_final_report.pdf

https://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042810-165653/unrestricted/Ethanol_from_Sugar_Beets_-_A_Process_and_Economic_Analysis.pdf

https://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042810-165653/unrestricted/Ethanol_from_Sugar_Beets_-_A_Process_and_Economic_Analysis.pdf

http://www.issct.org/pdf/proceedings/1999/1999%20Narang%20Methane%20Emissions%20from%20Bagasse%20Burning%20in%20Sugar%20Mills.pdf

http://www.issct.org/pdf/proceedings/1999/1999%20Narang%20Methane%20Emissions%20from%20Bagasse%20Burning%20in%20Sugar%20Mills.pdf

http://www.wageningenacademic.com/doi/pdf/10.3920/978-90-8686-652-6#page=1

Documents

ANALIZA ŽIVLJENJSKEGA CIKLA PROCESOV PROIZVODNJE