18-ke

Bio-ethanol

Bioethanol bruges, i hastigt stigende omfang, som miljøvenligt alternativ til benzin. Især i Brasilien og USA er bioethanol et vigtigt alternativ, men vores svenske naboer har ligeledes taget bioethanol til sig. Bioethanol kan imidlertid også bruges til meget andet end som brændstof til biler. Det kan omdannes til brint og så bruges i brændselsceller, eller det kan udnyttes som udgangsstof for produktionen af et væld af vigtige industrielle kemikalier.

Bioethanol produceres, rundt omkring i verden, i store bioraffinaderier, hovedsagelig ved gæring af stivelseholdige afgrøder som majs, sukkerrør og korn, men meget andet biomateriale vil ligeledes kunne anvendes. I Danmark ville det være interessant at anvende affaldsprodukter som halm, gylle og husaffald til bioethanolproduktion. Dette er imidlertid betydeligt mere omstændeligt, så her vil vi forsøge at danne bioethanol ud fra gæring af glucose og forskellige stivelseholdige fødevarer.

Gæring af glucose

I dette eksperiment skal der dannes bioethanol ved gæring af glucose, som er byggestenen i stivelse. Den overordnede reaktion for omdannelse kan skrives:

C₆H₁₂O₆ (aq) ® 2CO₂(g) + 2CH₃CH₂OH (l)

En 550 mL konisk kolbe udstyres med en tæt gummiprop, hvori der er boret et hul. Et calciumchloridrør stikkes ned i hullet og en gummislange monteres i den anden ende af røret. Der afvejes 50,00 g glucosemonohydrat, C₆H₁₂O₆·H₂O, som opløses i 240 mL vand i den koniske kolbe. Til opløsningen tilsættes ca. 25 g almindeligt smuldret bagegær. Kolben – forsynet med prop, calciumchloridrør, slange og opløsning – afvejes omhyggeligt.

Opstillingen henstilles et lunt sted, så gæren kan virke. Når reaktionen er i gang sænkes gummislangen ned i et bæger med mættet kalkvand, Ca(OH)₂(aq).

Forsøget er færdigt, når der ikke længere sker nogen gæring, hvilket kan tage flere dage. Efter forsøgets afslutning afvejes opstillingen igen. Massetabet svarer til den mængde CO₂, der er gasset af undervejs.

Spørgsmål til øvelsen

1. Beregn stofmængden af glucose i opløsningen.
2. Beregn hvor meget ethanol, der maksimalt kan blive dannet, hvis al glucosen bliver omdannet til ethanol og CO₂.
3. Beregn det samlede massetab fra opstillingen, hvis al glucose bliver omdannet, og al CO₂(g) forsvinder fra opstillingen.
4. Hvilken koncentration af ethanol kan maksimalt opnås?
5. Hvad sker der når CO₂ bobler ud i mættet kalkvand? Opskriv afstemt reaktionsligning.
6. Beregn massetabet ved gæringen.
7. Sammenlign tabet med det teoretisk beregnede og udregn, hvor mange procent glucose der må være omdannet.
8. Beregn ud fra omsætningen af glucose, hvor meget ethanol der er dannet.
9. For at dække behovet for brændstof til alverdens biler skal der produceres ca. 2.000 millioner ton bioethanol i verden hvert år. Hvor mange gram glucose skal bruges til dette, hvis der opnås samme udbytte som i ovenstående eksperiment? Hvor stort et areal skal beplantes for at opnå dette? Sammenlign f.eks. med Europas samlede areal.

Gæring af biomasse

Gentag ovenstående forsøg, men brug i stedet for glucose, fx 25 g blendet majs, kartoffel, majs eller halm. Tilsæt passende mængde vand inden der blendes. Diskuter resultatet i forhold til forsøget med glucose – hvordan kunne det forbedres?