Nowe technologie wytwarzania biokomponentów i biopaliw I i II generacji K. Biernat

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

NOWE TECHNOLOGIE WYTWARZANIA

BIOKOMPONENTÓW I BIOPALIW

PIERWSZEJ I DRUGIEJ GENERACJI

dr in

. Krzysztof Biernat

Koordynator Polskiej Platformy Technologicznej Biopaliw i Biokomponentów

Instytut Paliw i Energii Odnawialnej

dzynarodowa Konferencja „Jako

ść

paliw w Polsce i Unii

Europejskiej”

Warszawa, 5-6 wrze

nia 2007

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Substytuty paliwowe jako paliwa

Substytut paliwowy mo

e sta

paliwem standardowym czyli

normatywnym, je

eli zostanie ustanowiona norma

przedmiotowa, zaakceptowana przez producentów silników lub

urz

dze

grzewczych, z jednoznacznym okre

leniem:

•

zakresu (stosowania) normy;

•

norm powołanych;

•

sposobu pobierania próbek;

•

oznakowania systemu dystrybucyjnego;

•

ogólnych i szczegółowych wymaga

oraz metod ich oznaczania;

•

niezb

dnych, dodatkowych danych dotycz

cych np.: specyficznych

metod oznaczania niektórych wymaga

, magazynowania,

bezpiecze

stwa bhp i ppo

. itp.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Wymagania stawiane paliwom do

silników spalinowych i urz

dze

energetycznych (1)

• wymagania zapewniaj

ce wła

ciwy

transport wewn

trzny paliwa

(wymagania układu zasilania);

• wymagania zapewniaj

ce prawidłowe

rozpylenie i odparowanie paliwa;

• wymagania zapewniaj

ce w

ciwe

spalanie paliwa;

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Wymagania stawiane paliwom do

silników spalinowych i urz

dze

energetycznych (2)

• wymagania zwi

zane z oddziaływaniem

rodowisko;

• wymagania zwi

zane z magazynowaniem,

transportem i dystrybucj

paliw;

• wymagania zwi

zane ze sposobami

post

powania z paliwami nie spełniaj

cymi okre

lonych

norm przedmiotowych.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

wiatowa Karta Paliw (WWFC)

wiatowa Karta Paliw ( World - Wide Fuel

Charter) stanowi zbiór wymaga

jako

ciowych

paliw silnikowych, z podaniem ich miar i wag,

opracowanych na podstawie bada

uwzgl

dniaj

cych wymagania współczesnych

silników spalinowych i ochrony

rodowiska

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Ograniczenia wprowadzania

biokomponentów do benzyn wg. WWFC

wymagania WWFC ograniczaj

wprowadzanie do

benzyn zwi

zków tlenowych typu eterów lub etanolu i

alkoholi wy

szych, przy jednoczesnym zakazie

wprowadzania do paliw metanolu. Dopuszczono

maksymaln

zawarto

ść

etanolu o wymaganiach

zgodnych z ASTM D 4806 i pH zawartym w zakresie 6,5-

9 na 10% (v/v), a alkoholi wy

szych (od C

) nie wi

cej

0,1 %(v/v).

Uzasadnienie:

w procesie spalania benzyn z dodatkiem 10% etanolu,

emisja toksycznych substancji obni

yła si

o 2%, a

emisja tlenku w

gla o 10% w porównaniu z benzyn

zawieraj

11% MTBE, ale emisja tlenków azotu

wzrosła o 14%, w

glowodorów o 10% oraz potencjał

tworzenia ozonu o 9%.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Ograniczenia wprowadzania

biokomponentów do olejów nap

dowych

wg. WWFC

• w olejach nap

dowych kategorii od pierwszej do trzeciej,

WWFC ogranicza si

zawarto

ść

estrów pochodzenia

linnego, głównie FAME (fatty acid methyl esters -

estrów metylowych kwasów tłuszczowych), o
wymaganiach jako

ciowych zgodnych z EN 14214,

ASTM D 6751 lub normami równorz

dnymi, do 5 % (v/v)

• w olejach nap

dowych kategorii czwartej, zawarto

ść

FAME została ograniczona do granicy wykrywalno

metody oznaczania.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Wymagania stawiane biopaliwom

• wyst

puj

w dostatecznie du

ych ilo

ciach;

• cechuj

technicznymi i energetycznymi

wła

ciwo

ciami determinuj

cymi ich przydatno

ść

zasilania silników lub urz

dze

grzewczych;

• s

tanie w produkcji i sprzeda

• stanowi

mniejsze zagro

enia dla

rodowiska ni

paliwa

dotychczas stosowane;

• zapewniaj

liwe do przyj

cia wska

niki ekonomiczne

silników lub kotłów i bezpiecze

stwo ich u

ytkowania.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Oprócz tego biopaliwa powinny:

• zapewni

niezale

ść

energetyczn

;

• mie

mniejsz

emisyjno

ść

zwi

zków toksycznych w

procesie ich spalania;

• umo

liwia

sze koszty eksploatacji silników i

urz

dze

grzewczych.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Analiza cyklu WTW („well to wheel”)

„od

ródła do koła”

W analizie WTW, nale

y uwzgl

dnia

emisyjno

ść

całym procesie poczynaj

c od uprawy, produkcji

nawozów i nawo

enia, eksploatacji maszyn i urz

dze

rolniczych, transportu, procesów przeróbki, a ko

na procesie spalania w silniku.

Uwzgl

dniaj

c emisj

w cyklu WTW i porównuj

c z

ilo

ditlenku w

gla pochłoni

tego przez ro

liny

stanowi

ce surowiec do produkcji biopaliw w procesie

fotosyntezy, aktualnie stosowane biopaliwa (biopaliwa

pierwszej generacji) wykazuj

bilans niekorzystny.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Europejska definicja biomasy:

„Biomasa to biodegradowalne frakcje produktów,

odpadów i pozostało

ci z przemysłu rolno-

spo

ywczego (w tym substancje pochodzenia

linnego i zwierz

cego), z le

nictwa i przemysłu

pochodnego, a tak

e biodegradowalne frakcje

odpadów komunalnych i przemysłowych”

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Racjonalna definicja biomasy:

„Biomasa to wszelkiego typu substancje, b

efektem naturalnych procesów biologicznych, w

tym biochemicznych zachodz

cych w przyrodzie

i stanowi

ce potencjalne

ródła energii w

okre

lonych aplikacjach”

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Europejski podział biopaliw (paliwa ciekłe):

• bioetanol w mieszankach z benzyn

silnikow

zawarto

ciach etanolu w %(v/v) odpowiednio jako paliwa

E5, E85;

• biodiesel zawieraj

cy estry metylowe w %(v/v) w

mieszankach z olejem nap

dowym odpowiednio jako

paliwa B5, B30 i B100;

• biometanol jako komponent b

paliwo otrzymywane z

biomasy;

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Europejski podział biopaliw (paliwa

ciekłe):

• bio-ETBE, otrzymywany z bioetanolu (47% v/v) jako

dodatek przeciwstukowy do benzyn;

• bio-MTBE, otrzymywany z biometanolu (36% v/v) jako

dodatek przeciwstukowy do benzyn;

• BtL („biomass to liquid”) jako ciekłe frakcje i ich

mieszaniny otrzymywane z biomasy, mog

ce stanowi

biopaliwa lub komponenty paliwowe;

• czyste oleje ro

linne (PVO), otrzymywane z procesów

tłoczenia, ekstrakcji i podobnych procesów ł

cznie z

rafinacj

, z wył

czeniem modyfikacji ich składu

metodami chemicznymi, spełniaj

ce wymagania

silników.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Europejski podział biopaliw (paliwa

gazowe):

• biogaz jako paliwo otrzymywane z biomasy oraz

biodegradowalnych frakcji odpadowych o
wła

ciwo

ciach zbli

onych do wła

ciwo

ci gazu

naturalnego ;

• bio DME, eter dimetylowy otrzymywany z

biomasy jako paliwo do silników o ZS.

• bio wodór jako paliwo otrzymywane z biomasy

oraz biodegradowalnych frakcji odpadowych ;

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Biopaliwa pierwszej generacji

– bioetanol (BioEtOH) rozumiany jako konwencjonalny etanol

otrzymywany z procesów hydrolizy i fermentacji z takich
surowców jak: zbo

a, buraki cukrowe itp.;

– czyste oleje ro

linne (PVO-pure vegetable oils), otrzymywane z

procesów tłoczenia na zimno i ekstrakcji ziaren ro

lin oleistych;

– biodiesel stanowi

cy estry metylowe oleju rzepakowego (RME)

lub estry metylowe (FAME) i etylowe (FAEE) wy

szych kwasów

tłuszczowych innych ro

lin oleistych otrzymywane w wyniku

procesów tłoczenia na zimno, ekstrakcji i transestryfikacji;

– biodiesel, stanowi

cy estry metylowe i etylowe otrzymywany w

wyniku transestryfikacji posma

alniczych odpadów olejowych;

– biogaz, stanowi

cy oczyszczony biogaz z zawilgoconego

biogazu składowiskowego, b

rolniczego;

– bio-ETBE, otrzymywany z przeróbki chemicznej bioetanolu.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Biopaliwa drugiej generacji (1)

• bioetanol otrzymywany z procesów przeróbki

lignocelulozy, pochodz

cej z biomasy (z

wył

czeniem surowców przeznaczonych do

celów spo

ywczych) na drodze

zaawansowanych procesów hydrolizy i
fermentacji;

• „biopaliwa syntetyczne”, otrzymywane w

procesach zgazowania biomasy oraz syntezy
produktów tego zgazowania (procesy „BtL”);

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Biopaliwa drugiej generacji (2)

• biodiesel, jako biopaliwo lub komponent

otrzymany w wyniku rafinacji wodorem
(hydrogenizacji) olejów ro

linnych i tłuszczów

zwierz

cych, głównie odpadowych;

• biogaz (SNG) otrzymywany w procesach

zgazowania lignocelulozy i syntezy produktów
tych procesów, o wła

ciwo

ciach gazu

naturalnego;

• biowodór, otrzymywany na drodze procesów

zgazowania i wydzielania lub specyficznych
procesów biologicznych.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Biopaliwa drugiej generacji (3)

Nie nale

y zalicza

do paliw drugiej generacji

przetworzonych biopaliw pierwszej generacji

Koncepcja rozwoju biopaliw drugiej generacji

opiera si

na zało

eniu,

e surowcem do ich

wytwarzania powinna by

zarówno biomasa jak i

odpadowe oleje ro

linne i tłuszcze zwierz

ce oraz

wszelkie odpadowe substancje pochodzenia

organicznego, nieprzydatne w przemy

spo

ywczym czy te

nym.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Biopaliwa trzeciej generacji

• biowodór i biometanol, otrzymywane w wyniku

zgazowania lignocelulozy i syntezy produktów
zgazowania lub w wyniku procesów
biochemicznych;

opracowanie technologii powszechnego

otrzymywania i wdro

enia biopaliw trzeciej

generacji do eksploatacji mo

e by

szacowane

na lata 2030 i powy

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

2005

2010

2020

2050

Improving present processes («

1st generation

»)

EtOH, ETBE, FAME, FAEE

EtOH, F-T Diesel, DME («

2nd generation

»)

from lignocellulosic biomass

Integrated biorefinery
complexes

Anticipated future roadmap

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Biodiesel

Bioethanol BioethanolBioethanol

Status of Processes & Biofuels

Strong

Weak

Technology Strength

BioMethanol

BioHydrogen

Biodiesel

Bioethanol

Bioethanol L

Bio methane

Average

Biodiesel Oth

F-T

1st

2nd

3rd

DME

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Solid Biomass

Sugar-rich

crops

Oil crops

Wet biomass

Gasification

Pyrolysis

Fermentation

Extraction

Anaerobic

Digestion

Resources

Conversion Technologies Fuels

Markets

CHP

Transport

Fuels

Biogas

DME

Ethanol

Methanol

F-T

Diesel

Biodiesel

Note: Combustion not shown; Synthesis gas requires catalysts for upgrading

Indicates requirement of reformer

Source: DG TREN

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Biopaliwa i komponenty wytwarzane w USA

• Etanol jako komponent biopaliwowy, którego

surowcem stanowi

ziarna zbó

oraz celuloza

pochodz

ca z rolnictwa i le

nictwa;

• Biodiesel stanowi

cy mieszanin

estrów

szych kwasów tłuszczowych z procesów

transestryfikacji olejów ro

linnych i naftowego

oleju nap

dowego;

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Biopaliwa i komponenty w USA

• Green Diesel and Jet Fuel, tak zwany „zielony diesel” i

uniwersalne paliwo do silników turbinowych (głównie
jako paliwo dla potrzeb wojskowych), otrzymywane z
tłuszczów, olejów odpadowych i czystych olejów
ro

linnych, rafinowanych w naftowych rafineriach do

bardzo niskiego poziomu zawarto

ci siarki;

• Inne produkty procesów fermentacyjnych biomasy, takie

jak: butanol, octany (etaniany) i mleczany (2-hydroksy
propaniany) i tym podobne;

• Ciecze popirolityczne, z procesów pirolizy biomasy jako

alternatywny surowiec do rafinerii naftowych lub
procesów zgazowania;

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Biopaliwa i komponenty w USA

• Gaz syntezowy otrzymywany z biomasy, jako surowiec

do wytwarzania metanolu, eteru dimetylowego lub
mieszanin alkoholi, metod

Fischer-Tropscha;

• Algae-derivated Fuels, paliwa pochodz

ce z biomasy z

alg morskich, jako

ródła triglicerydów do otrzymywania

biodiesla, „zielonego diesla” i paliwa lotniczego Jet oraz
jako surowce do otrzymywania w

glowodanów;

• Paliwa w

glowodorowe, jako biopaliwa dalekiej

przyszło

ci, pochodz

ce z procesów biologicznych lub

uwodornienia biomasy.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Biopaliwa (paliwa alternatywne) do silników o

zapłonie iskrowym (1)

• etanol;

• metanol

• inne alkohole (tert-butylowy TBA, sec-

butylowy SBA, izopropylowy IPA,
neopentylowy-NPA);

• perspektywiczny dimetylofuran (DMF);

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Biopaliwa (paliwa alternatywne) do silników

o zapłonie iskrowym (2)

• etery (etylo-tert-amylowy TAEE, etylo-tert-

butylowy ETBE, metylo-tert-amylowy
TAME, metylo-tert-butylowy MTBE,
diizopropylowy DIPE);

• w

glowodorowe paliwa syntetyczne;

• skroplony gaz naftowy;

• wodór.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Biopaliwa (paliwa alternatywne) do silników o

zapłonie samoczynnym

• estry kwasów tłuszczowych (FAME, FAEE) z

procesów transestryfikacji olejów: rzepakowego,
sojowego, słonecznikowego, itp.;

• eter dimetylowy (DME) i rozwa

any eter

dietylowy (DEE);

• emulsje paliwowo-wodne (aquazole)

• czyste oleje ro

linne

• w

glowodorowe paliwa syntetyczne.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Biopaliwa (paliwa alternatywne) do

zastosowa

stacjonarnych

• alkohole;

• estry wy

szych kwasów tłuszczowych;

• paliwa talowe (TPO-tall pitch oils) otrzymywane w

procesach estryfikacji alkoholami etylowym lub
metylowym olejów talowych wydzielonych z

ywicy

drzew iglastych (produktów ubocznych z procesów
produkcji celulozy siarczanowej oraz wytlewania
drewna);

• paliwa z procesów pirolizy;

• czyste oleje ro

linne;

• biogaz.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Ograniczenia surowcowe do produkcji

biopaliw

Z punktu widzenia ograniczenia emisji ditlenku

gla istotnym jest ograniczenia puli

surowcowej do produkcji biopaliw do obszarów,

gdzie jest mo

liwa, skuteczna kontrola, tj. do

krajów Wspólnoty, poniewa

w przeciwnym razie

stosowanie biopaliw mo

e doprowadzi

zwi

kszenia emisji CO

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Aktualnie opracowywane lub wdra

ane

technologie z zakresu wytwarzania biopaliw

drugiej generacji (1)

• Otrzymywanie BioDME z procesów zgazowania

biomasy lub bezpo

rednio biogazu i syntezy F-T;

• Otrzymywanie alkoholu etylowego (BioEt) oraz

estrów etylo-tert-butylowych z BioEt z biomasy
lignocelulozowej pochodz

cej z odpadów

drzewnych, pozostało

ci z przemysłu

młynarskiego i przetwórstwa zbó

, a tak

e upraw

buraka cukrowego i szybko rosn

cych ro

lin

energetycznych.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Aktualnie opracowywane lub wdra

ane

technologie z zakresu wytwarzania biopaliw

drugiej generacji (2)

• Otrzymywanie w

glowodorowych paliw syntetycznych z

procesów BTL („biomass to liquid”) poprzez:

– zgazowanie biomasy („suche odpady” i uprawy ro

lin

energetycznych), nast

pnie synteza F-T, prowadz

ca do

otrzymania mieszaniny ciekłych w

glowodorów jako paliwa „FT-

diesel”;

– piroliza biomasy, prowadz

ca do otrzymania: gazów (metanu,

ditlenku w

gla i pary wodnej, ciekłej frakcji tzw. „biooleju” oraz

pozostało

ci stałych (w

giel drzewny i popiół), a nast

pnie

zgazowania i syntezy F-T, do otrzymania paliwa „FT-diesel”.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Aktualnie opracowywane lub wdra

ane

technologie z zakresu wytwarzania biopaliw

drugiej generacji (3)

• Otrzymywanie paliwa „HTU-diesel”

pochodz

cego z procesów depolimeryzacji w

wysokiej temperaturze (proces „Hydro Thermal
Upgrading”) i ewentualnego dalszego
katalitycznego hydroodtleniania w procesie HDO
(„hydrodeooxygenation”) biomasy stanowi

cej

wszelkie pozostało

ci organiczne wraz z wysok

zawarto

wody.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Otrzymywanie BioDME

Synteza DME z gazu syntezowego otrzymanego z

procesów zgazowania biomasy lub z biogazu, poprzez

metanol, mo

e by

przeprowadzona w fazie ciekłej przy

umiarkowanym ci

nieniu ok. 70 atm i w podwy

szonej

temperaturze (około 250 °C).

Katalizator o dwu funkcjach, składa si

z mieszaniny

katalizatora do syntezy metanolu i katalizatora do

odwodnienia metanolu. Proces chemiczny przebiega wg

nast

puj

cych reakcji:

CO + H

→

+ H

+ 3H

→

OH + H

2CH

→

OCH

+ H

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Otrzymywanie BioEt drugiej generacji

Etapy procesu (1):

1. Wst

pny, polegaj

cy na obróbce biomasy

poprzez:

•

usuni

cie zanieczyszcze

stałych;

•

mycie i kruszenie biomasy;

•

usuni

cie ligniny poprzez filtracj

;

•

wst

pna hydroliza polimerów hemicelulozy do monomerów

i oligomerów cukrowych (ksylozy, mannozy, arabinozy i
galaktozy par

wodn

Konieczna kontrola zawarto

niepo

Ŝą

danych: kwasów organicznych, furfuralu lub fenolu,

inhibituj

cych proces fermentacji

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Otrzymywanie BioEt drugiej generacji

Etapy procesu(2):

2. Hydroliza celulozy:

•

w obecno

ci kwasów: siarkowego, solnego, azotowego,

amoniaku, rozpuszczalników organicznych lub ditlenku
w

gla, najcz

ęś

ciej rozcie

czonego kwasu siarkowego

(0.5…1,5)%, w temperaturze powy

ej 160ºC. Proces

prowadzony dwufazowo, w celu otrzymania oddzielnie
cukrów C

i C

(pentoz i heksoz);

•

rodowisku st

ęŜ

onych kwasów – wy

szy stopie

konwersji do 90%

•

mikrobiologiczna z wykorzystaniem np. „celulaz”, enzymów
bakterii i grzybów (np.: Trichoderma Reesei), prowadz

do otrzymania ksylozy i glukozy

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Otrzymywanie BioEt drugiej generacji

Etapy procesu(3):

Fermentacja pentoz i heksoz:

• 3C

→

OH + 5CO

• C

→

OH + 2CO

Teoretyczny uzysk etanolu 0,51 kg oraz emisja 0,49 kg ditlenku

gla na 1 kg cukrów

Konieczno

ść

usuwania produktów po

rednich (np.: celbiozy)

hamuj

cych proces fermentacji

Podstawowym problemem jest doprowadzenie do

jednoczesnej fermentacji ksylozy i glukozy

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Otrzymywanie BioEt drugiej generacji

Etapy procesu(4):

4. Oczyszczanie par

wodn

produktów

fermentacji, destylacja zacieru (90…92)% i
odwadnianie 99,9%.

5. Oddzielanie ligniny jako odpadu stałego i

kierowanie do spalania w piecach CHP
(„Combined Heat and Power”) w celu
uzyskania energii elektrycznej i ciepła
procesowego.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Otrzymywanie gazu syntezowego

• metod

zgazowania stałej biomasy;

• metod

konwersji w

glowodorów

gazowych lub ciekłych, otrzymanych z
biomasy, z par

wodn

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Proces zgazowania biomasy-reakcje

• utlenienie zupełne biomasy do ditlenku w

gla (spalanie):

C+O

= CO

;

∆

H < 0

• cz

ęś

ciowe utlenianie: C+1/2O

= CO

;

∆

H < 0

• reakcja Boudouarda: C+CO

= 2CO;

∆

H >0

• reakcje gazu wodnego do tlenków w

gla i wodoru:

C+H

O = CO+H

;

∆

H >0

C+2H

O = CO

;

∆

H >0

• reforming z par

wodn

(konwersja CO):

C+H

O = CO

;

∆

H <0

• metanizacja w

gla z biomasy: C+H

= CH

;

∆

H <0

• metanizacja tlenku w

gla: CO+3H

= CH

∆

H <0

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Proces zgazowania biomasy

kszo

ść

reakcji jest reakcjami egzotermicznymi

Proces zgazowania mo

e by

prowadzony przy

bezpo

rednim lub po

rednim dostarczaniu ciepła

procesowego

Powstaj

cy w wyniku zgazowania bio-syngaz po

zło

onym procesie oczyszczania i odpowiedniej

segregacji kierowany jest do syntezy F-T

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Technologie otrzymywania paliw

typu FT diesel metod

Fischera-Tropscha

• surowce reakcji: tlenek w

gla i wodór

• produkty: w

glowodory alifatyczne i woda

Proces F-T prowadzony w obecno

ci katalizatora

kobaltowego:

CO + 2H

= (-CH

-) + H

Proces F-T prowadzony z nadmiarem tlenku w

gla

w obecno

ci katalizatora

elazowego:

2CO + 2H

O = (-CH

-) + CO

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Proces pirolizy biomasy

• Proces pirolizy biomasy prowadzony jest bez

dost

pu tlenu lub z cz

ęś

ciowym utlenieniem, w

temperaturze 500-800

C, cz

sto w obecno

katalizatorów;

• Otrzymana mieszanina oligomerów i

monomerów stanowi olej popirolityczny (bioolej);

• Bioolej stanowi mieszanin

komponentów F-T

diesla;

• Pozostało

ść

procesowa to „charcoal”

zawieraj

cy głównie w

giel drzewny i popiół z

pewn

ilo

wody i ditlenku w

gla.

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i

Polska Platforma Technologiczna Biopaliw i Biokomponent

Biokomponent

Biokomponentó

ów

Inne procesy otrzymywania paliw

alternatywnych

• Zgazowanie i piroliza mog

tak

ródłem otrzymywania wodoru, jednak tak

otrzymany nie jest w pełni biopaliwem
trzeciej generacji;

• Prowadzone s

prace nad procesami

zgazowania i upłynniania w

gla GtL (gas

to liquid) i CtL (coal to liquid).