Przemysłowa i przydomowa

produkcja biopaliw płynnych.

Karolina Bielawa

Katarzyna Brzeska

Joanna Gawlik

Biopaliwo

Jest to ka

ż

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

ż

a lepko

ść

,

mniejsza podatno

ść

na samozapłon ni

ż

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

ż

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

ż

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

ż

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

ż

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

ż

szych

alkoholi i wy

ż

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

ż

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

ż

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

ż

na przeznaczy

ć

na produkcj

ę

estrów metylowych (FAME). Z 1 mln ton nasion rzepaku, w
zale

ż

no

ś

ci od technologii produkcji mo

ż

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

ż

e

by

ć

wzbogacony

ponadto o ekstrakcj

ę

,

bielenie i ponown

ą

filtracj

ę

.

W Polsce stosuje si

ę

trzy podstawowe

technologie olejarskie, ró

ż

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

ż

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

ż

sz

ą

zawarto

ść

białka i

wy

ż

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

ż

szej

ni

ż

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

ż

e by

ć

olej surowy,

rafinowany, a tak

ż

e olej zu

ż

yty w

gastronomii. W przypadku u

ż

ycia

oleju gastronomicznego
wymagane jest odfiltrowanie
oleju, aby usun

ąć

cz

ą

stki stałe

oraz ewentualnie odwodnienie
oleju, gdy

ż

„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

ż

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

ż

onej w grzałk

ę

. Po oddzieleniu dolnej warstwy

gliceryny, górna warstwa estrów jest potencjalnym
paliwem.

•

system gara

ż

owej produkcji na mał

ą

skal

ę

nie pozwala

spełnienie norm i wymaga

ń

narzuconych na

producenta przez ustaw

ę

o biopaliwach,

•

ka

ż

da partia produktu powinna by

ć

przebadana na

zgodno

ść

z norm

ą

.

•

Biopaliwo na sprzeda

ż

jest dodatkowo obło

ż

one tak

ą

sam

ą

akcyz

ą

, jak ON.

Przydomowa produkcja

biodiesla

• Wyprodukowanie biodiesla z oleju ro

ś

linnego czy

nawet zu

ż

ytego oleju po sma

ż

eniu frytek jest

prostsze, ni

ż

mogłoby si

ę

wydawa

ć

. W Polsce

mo

ż

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

ż

yty

•

metanol

•

NaOH lub KOH

•

zdj

ę

cie przedstawia reaktor o pojemno

ś

ci

1000 litrów

•

reaktor mo

ż

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

ż

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

ż

szenie jego jako

ś

ci.

• Etap 10

• Tak przygotowane biopaliwo

mo

ż

na tankowa

ć

za pomoc

ą

własnej pompy z
dystrybutorem. Satysfakcja
gwarantowana bo tanim
kosztem mo

ż

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

ż

y gliceryny.

Przy koszcie całej instalacji wynosz

ą

cym 24 700 zł netto jest

to powa

ż

na oszcz

ę

dno

ść

. Inwestycja zwróci si

ę

po ok. 18 000

litrów paliwa.

• Dodatkowym dochodem mo

ż

e by

ć

sprzeda

ż

gliceryny. Z 1000

litrów oleju ro

ś

linnego otrzymuje si

ę

200 kg gliceryny, któr

ą

mo

ż

na sprzedawa

ć

po 1 zł/kg.

• Produkcja tego paliwa na sprzeda

ż

nie jest ju

ż

tak opłacalna -

- do produkcji paliwa wymagana jest koncesja, nale

ż

y wtedy

równie

ż

uiszcza

ć

podatek akcyzowy.