Przemysłowa i przydomowa
produkcja biopaliw płynnych.
Karolina Bielawa
Katarzyna Brzeska
Joanna Gawlik
Biopaliwo
Jest to ka
Ŝ
de paliwo powstałe z
przetwórstwa biomasy np.
szcz
ą
tków organizmów, ro
ś
lin,
produktów przemiany materii.
Rodzaje biopaliw
• stałe – np. słoma, trociny
• płynne – otrzymywane w drodze
fermentacji alkoholowej lub z przetwórstwa
nasion ro
ś
lin oleistych
• gazowe – otrzymywane w wyniku
fermentacji beztlenowej ciekłych i stałych
odpadów np. biogaz
Rodzaje biopaliw płynnych:
• Oleje ro
ś
linne
• Bioolej
• Biodiesel
• Bioalkohole : etanol i metanol
Oleje ro
ś
linne
• Cechy – brak lotno
ś
ci, du
Ŝ
a lepko
ść
,
mniejsza podatno
ść
na samozapłon ni
Ŝ
olej nap
ę
dowy
• Produkt – rzepak, słonecznik
• Zastosowanie – dodatek lub substytut
oleju nap
ę
dowego
• Pierwszy, olej ro
ś
linny jako olej nap
ę
dowy
wykorzystał Rudolf Diesel
Bioolej
• Cechy – ciemnobr
ą
zowa, g
ę
sta ciecz o
warto
ś
ci opałowej stanowi
ą
cej 45 – 50%
warto
ś
ci energetycznej oleju nap
ę
dowego
• Produkt – uprawy energetyczne
• Zastosowanie – kotły, palniki, turbiny, jako
olej nap
ę
dowy lub benzyna
• Spalenie nie powoduje powstania SO
2
,
CO
Biodiesel
• Cechy – pozyskiwany przez przetworzenie
oleju rzepakowego w estry metylowe (RME)
• Produkt – rzepak (głównie), słonecznik
• Zastosowanie – substytut (korzystniejsze ze
wzgl
ę
du na
ś
rodowisko) lub dodatek oleju
nap
ę
dowego,
• Najdynamiczniej produkcja rozwija si
ę
w
Austrii (od 1982r.), równie
Ŝ
w Niemczech i
Francji
• Polska – pierwsza agrorafineria w Mochełku
koło Bydgoszczy
Bioalkohole - bioetanol
• Cechy – najwi
ę
ksze znaczenie w
ś
ród
bioalkoholi, uzyskiwany przez odwodnienie
alkoholu gorzelnianego
• Produkt – zbo
Ŝ
a, ziemniaki, buraki cukrowe,
słoma, ro
ś
liny trawiaste
• Zastosowanie – jako paliwo nap
ę
dowe (silniki
do zasilania etanolem produkuje Ford, Fiat,
Volkswagen), dodatek benzyny (redukuje
powstanie tlenków azotu, w
ę
gla, zwi
ą
zków
ołowiu)
Bioalkohole - biometanol
• Cechy – jasna, bezbarwna ciecz, o warto
ś
ci
opałowej wynosz
ą
cej około 22-23 MJ/kg,
mniejsza warto
ść
energetyczna ni
Ŝ
bioetanol,
• Produkt – uprawy energetyczne
• Zastosowanie – jako paliwo nap
ę
dowe lub
dodatek do benzyny
• Podczas spalenie powstaje toksyczny aldehyd
mrówkowy, jednak w nowych ogniwach
paliwowych jest uznawany za paliwo przyszło
ś
ci
Zalety biopaliw płynnych
• Ci
ą
głe dostawy no
ś
nika, wi
ę
ksza
niezale
Ŝ
no
ść
paliwowa
• Ograniczenie emisji CO
2
• Tworzenie nowych miejsc pracy
• Zwi
ę
kszenie dochodu rolnego z ziemi
Wady biopaliw płynnych
• Podczas spalania zanieczyszczonych
biopaliw wydzielaj
ą
si
ę
dioksyny oraz
furany
• Negatywny wpływ na uszczelniacze
gumowe elementów silnika diesla
• Konieczno
ść
cz
ę
stej kontroli jako
ś
ci tego
rodzaju paliwa
Obecnie znanych jest kilka metod
produkcji biopaliwa z olejów
ro
ś
linnych:
• kraking termiczny i kataliczny,
• elektroliza i metoda transestryfikacji.
• Na skal
ę
przemysłow
ą
zastosowanie
znalazła głównie metoda
transestryfikacji.
TRANSESTRYFIKACJA
• polega na otrzymywaniu estrów ni
Ŝ
szych
alkoholi i wy
Ŝ
szych kwasów tłuszczowych
olejów ro
ś
linnych w reakcji mieszaniny
oleju z alkoholem etylowym lub
metylowym w obecno
ś
ci katalizatora
alkalicznego. W wyniku reakcji
transestryfikacji alkoholem oleju powstaj
ą
estry alkoholi i glicerol
Podstawowe surowce
stosowane w przemy
ś
le:
• W Polsce podstawow
ą
ro
ś
lin
ą
oleist
ą
do
produkcji biopaliwa jest i
pozostanie rzepak.
• Zastosowanie mog
ą
tu znale
źć
ponadto
inne rosliny oleiste: słonecznik, arachid,
palma itp.
Na poni
Ŝ
szym schemacie
przedstawiono austriack
ą
technologi
ę
produkcji
estrów metylowych "BIO-
DIESEL" firmy Vogel i Noot. Na
ś
wiecie istnieje co najmniej kilka
technologii produkcji biodiesela.
I. Rzepak
pierwszym etapem
przedstawionej
technologii produkcji
biodiesela jest
czyszczenie, suszenie
i rozdrobnienie nasion.
Nast
ę
pnie
rozdrobnione nasiona
s
ą
wytłaczane na
tłoczniach
ś
limakowych, w wyniku
czego otrzymujemy
wod
ę
, wytłok i olej
surowy.
Produkcja rzepaku w Polsce:
• obserwujemy wzrost powierzchni uprawy rzepaku i
wielko
ś
ci plonów.
• Głównym odbiorc
ą
nasion rzepaku s
ą
zakłady tłuszczowe,
które w ci
ą
gu roku na potrzeby spo
Ŝ
ywcze przerabiaj
ą
około 1,5 mln ton.
• Według szacunków zdolno
ś
ci produkcyjne rolników w
Polsce wynosz
ą
około 2,5 mln ton rzepaku rocznie, z
czego około 1 mln ton mo
Ŝ
na przeznaczy
ć
na produkcj
ę
estrów metylowych (FAME). Z 1 mln ton nasion rzepaku, w
zale
Ŝ
no
ś
ci od technologii produkcji mo
Ŝ
na uzyska
ć
około
300 tys. ton metyloestru, co stanowi około 4,5 %
konsumpcji ON w Polsce, która w 2005 roku wyniosła 6,8
mln ton
II. Olej rzepakowy
Proces otrzymania
oleju rzepakowego
jako wyj
ś
ciowego
surowca do produkcji
estrów oleju
rzepakowego
wymaga:
rozdrobnienia nasion,
tłoczenia oleju i filtracji.
Proces uzyskiwania
oleju z nasion mo
Ŝ
e
by
ć
wzbogacony
ponadto o ekstrakcj
ę
,
bielenie i ponown
ą
filtracj
ę
.
W Polsce stosuje si
ę
trzy podstawowe
technologie olejarskie, ró
Ŝ
ni
ą
ce si
ę
skal
ą
uzysku produktu finalnego
(oleju).
• 1. Technologia klasyczna – polegaj
ą
ca na
wst
ę
pnym tłoczeniu oleju przy pomocy pras
ś
limakowych z ziarna poddanego
kondycjonowaniu w pra
Ŝ
alni. Po otrzymaniu
wytłoku i oleju rzepakowego drugim etapem
jest ekstrakcja pozostałej cz
ęś
ci oleju z
wytłoku przy pomocy rozpuszczalnika.
Produktami ko
ń
cowymi s
ą
: olej surowy, olej
poekstrakcyjny i
ś
ruta rzepakowa. Wska
ź
nik
uzysku oleju z nasion w tej technologii wynosi
około 0,41-0,42.
Technologia klasyczna cd.
• Wytłok,
ś
ruta rzepakowa poekstrakcyjna –
wytłok rzepakowy powstaje w procesie
tłoczenia oleju rzepakowego z nasion. W
stosunku wagowym wytłok stanowi 70% a
olej 30%.
Ś
ruta rzepakowa powstaje z
wytłoku, który poddany jest ekstrakcji, czyli
wypłukaniu zawartych w nim resztek oleju.
Zarówno rzepak jak i
ś
ruta rzepakowa
stanowi
ą
cenn
ą
pasz
ę
białkow
ą
dla zwierz
ą
t
gospodarskich. Walory paszowe wytłoku ze
wzgl
ę
du na m.in. wy
Ŝ
sz
ą
zawarto
ść
białka i
wy
Ŝ
sz
ą
warto
ść
energetyczn
ą
s
ą
lepsze.
Podstawowe technologie cd.
• 2. Proces jedno-, dwustopniowego tłoczenia
na gor
ą
co oleju z nasion rzepaku – w efekcie
uzyskuje si
ę
olej surowy i wytłok. Wska
ź
nik
uzysku oleju waha si
ę
w granicach 0,32-
0,38.
• 3.Technologia ko
ń
cowego tłoczenia na zimno
– poprzedzona jest rozdrobnieniem nasion i
podgrzaniem ich do temperatury nie wy
Ŝ
szej
ni
Ŝ
450. Wska
ź
nik uzysku oleju wynosi około
0,25-0,29
W przedstawionym schemacie
technologii surowy olej
poddawany jest rafinacji w
celu usuni
ę
cia ewentualnych
zanieczyszcze
ń
i wolnych
kwasów tłuszczowych.
Surowcem do produkcji biopaliwa
mo
Ŝ
e by
ć
olej surowy,
rafinowany, a tak
Ŝ
e olej zu
Ŝ
yty w
gastronomii. W przypadku u
Ŝ
ycia
oleju gastronomicznego
wymagane jest odfiltrowanie
oleju, aby usun
ąć
cz
ą
stki stałe
oraz ewentualnie odwodnienie
oleju, gdy
Ŝ
„przepracowane”
oleje mog
ą
zawiera
ć
pewne ilo
ś
ci
wody.
III. RME
w ostatnim etapie produkcji
biodiesela czyszczony olej
rzepakowy i mieszanina
katalityczna trafiaj
ą
do reaktora
gdzie nast
ę
puje reakcja
transestryfikacji. Nast
ę
pnie
mieszanina kierowana jest do
destylacji, podczas której
nast
ę
puje oddestylowanie
metanolu. Dodatek kwasu ma na
celu zneutralizowanie
katalizatora alkalicznego, a wody
– wpływa na ułatwienie
rozdzielenia mieszaniny. W
efekcie ko
ń
cowym otrzymujemy:
estry metylowe, odpady (woda,
zneutralizowany katalizator),
surowy glicerol.
Przydomowa produkcja biopaliwa
•
Najbardziej rozpowszechnione jest u
Ŝ
ycie estrów
metylowych kwasów tłuszczowych czyli oleju
przerobionego przy pomocy metanolu i wodorotlenku
potasu.
•
reakcja chemiczna estryfikacji oleju metanolem jest
prosta i udaje si
ę
j
ą
przeprowadzi
ć
nawet w beczce
wyposa
Ŝ
onej w grzałk
ę
. Po oddzieleniu dolnej warstwy
gliceryny, górna warstwa estrów jest potencjalnym
paliwem.
•
system gara
Ŝ
owej produkcji na mał
ą
skal
ę
nie pozwala
spełnienie norm i wymaga
ń
narzuconych na
producenta przez ustaw
ę
o biopaliwach,
•
ka
Ŝ
da partia produktu powinna by
ć
przebadana na
zgodno
ść
z norm
ą
.
•
Biopaliwo na sprzeda
Ŝ
jest dodatkowo obło
Ŝ
one tak
ą
sam
ą
akcyz
ą
, jak ON.
Przydomowa produkcja
biodiesla
• Wyprodukowanie biodiesla z oleju ro
ś
linnego czy
nawet zu
Ŝ
ytego oleju po sma
Ŝ
eniu frytek jest
prostsze, ni
Ŝ
mogłoby si
ę
wydawa
ć
. W Polsce
mo
Ŝ
na przez internet zamówi
ć
wszystkie potrzebne
do tego urz
ą
dzenia a nast
ę
pnie produkowa
ć
to
paliwo we własnym zakresie.
• Proces otrzymywania paliwa oparty jest na
bezpiecznej, niskotemperaturowej i
niskoci
ś
nieniowej technologii.
•
Aby wyprodukowa
ć
biodiesel potrzebne s
ą
nast
ę
puj
ą
ce surowce:
•
olej ro
ś
linny - nowy lub zu
Ŝ
yty
•
metanol
•
NaOH lub KOH
•
zdj
ę
cie przedstawia reaktor o pojemno
ś
ci
1000 litrów
•
reaktor mo
Ŝ
na zakupi
ć
przez Allegro od
producenta i głównego dystrybutora, firmy
REMIX-OIL.
•
Do wyprodukowania 1000 litrów biodiesla
potrzeba 1000 litrów oleju ro
ś
linnego, 150 l
metanolu oraz ok. 22 kg KOH.
10 prostych etapów cyklu
produkcyjnego biopaliwa.
•
Etap 1
• Zainstalowa
ć
urz
ą
dzenie do
estryfikacji oleju ro
ś
linnego w ciepłym,
bezpiecznym i przewiewnym miejscu.
• Etap 2
• Podstawi
ć
dodatkowo pojemniki na
olej ro
ś
linny do przerobu, pojemnik z
katalizatorem, z metanolem i na
wytworzone biopaliwo.
•
Etap 3
• Przepompowa
ć
od 90 do 180 litrów
oleju ro
ś
linnego, który zamierzamy
przerobi
ć
na paliwo, do zbiornika, w
którym wyst
ą
pi reakcja chemiczna.
• Etap 4
• Wykona
ć
prosty test kwasowo
ś
ci
oleju ro
ś
linnego, który zamierzamy
u
Ŝ
y
ć
do przerobu. Wynik testu
narzuci proporcje zastosowania
katalizatora w mieszaninie.
•
Etap 5
• Dobra
ć
wła
ś
ciw
ą
ilo
ść
katalizatora (ług potasowy -
wodorotlenek potasu) i doda
ć
go do przepompowanego
wcze
ś
niej oleju ro
ś
linnego
gotowego do przerobu.
• Etap 6
• Przepompowa
ć
około 36 litrów
metanolu do zbiornika z
mieszanin
ą
wst
ę
pn
ą
,
rozpuszczaj
ą
c katalizator
ługowy.
•
Etap 7
• Ustawi
ć
timer (wył
ą
cznik
czasowy) na okres 60 minut.
Jest to czas potrzebny na dobre
zmieszanie si
ę
składników
mieszaniny wst
ę
pnej.
• Etap 8
• Pozostawi
ć
mieszanin
ę
wst
ę
pn
ą
na cał
ą
noc a nast
ę
pnego dnia
odprowadzi
ć
do
przygotowanego pojemnika
wytworzon
ą
gliceryn
ę
.
•
Etap 9
• Przepłuka
ć
wytworzone
biopaliwo za pomoc
ą
wbudowanego systemu
zraszaj
ą
cego. Tak zwane
"pranie biopaliwa" powoduje
podwy
Ŝ
szenie jego jako
ś
ci.
• Etap 10
• Tak przygotowane biopaliwo
mo
Ŝ
na tankowa
ć
za pomoc
ą
własnej pompy z
dystrybutorem. Satysfakcja
gwarantowana bo tanim
kosztem mo
Ŝ
na
wyprodukowa
ć
własne,
bardzo dobre, ekologiczne
paliwo.
• Otrzymane paliwo (ester metylowy) nadaje si
ę
do
stosowania w silnikach diesla bez jakichkolwiek
modyfikacji. Biodiesel otrzymamy po zmieszaniu estru z
olejem nap
ę
dowym.
Podsumowanie
• Produkcja litra estru metylowego kosztuje niewiele ponad dwa
złote, nie licz
ą
c ewentualnych zysków ze sprzeda
Ŝ
y gliceryny.
Przy koszcie całej instalacji wynosz
ą
cym 24 700 zł netto jest
to powa
Ŝ
na oszcz
ę
dno
ść
. Inwestycja zwróci si
ę
po ok. 18 000
litrów paliwa.
• Dodatkowym dochodem mo
Ŝ
e by
ć
sprzeda
Ŝ
gliceryny. Z 1000
litrów oleju ro
ś
linnego otrzymuje si
ę
200 kg gliceryny, któr
ą
mo
Ŝ
na sprzedawa
ć
po 1 zł/kg.
• Produkcja tego paliwa na sprzeda
Ŝ
nie jest ju
Ŝ
tak opłacalna -
- do produkcji paliwa wymagana jest koncesja, nale
Ŝ
y wtedy
równie
Ŝ
uiszcza
ć
podatek akcyzowy.