ż�TARZYNA PIWOWARCZYK*
Tłuszcze jako surowiec do otrzymywania
estrów metylowych kwasów karboksylowych (biodiesla)
Słowa kluczowe
tłuszcze  oleje roślinne  rzepak  biopaliwa  biodiesel
Streszczenie
W artykule przedstawiono informacje na temat rodzaju i składu tłuszczów, ich chemicznych przemianach oraz produkcji bio-
diesla z olejów roślinnych. Opisano również najczęściej wykorzystywaną w procesie produkcyjnym reakcję transestryż�kacji. Artykuł
pokazuje możliwości wykorzystania różnych olejów roślinnych do produkcji biopaliwa i wykorzystaniu go w silnikach Diesla.
Wprowadzenie
Oleje roślinne w ogólnym znaczeniu są to substancje o konsystencji oleistej, pozyskiwane z dowolnej rośliny. W węż-
szym znaczeniu za olej roślinny uważa się każdy ciekły tłuszcz pochodzenia roślinnego, który w temperaturze pokojowej
ma konsystencję płynną. Rośliny, z których pozyskuje się na świecie najwięcej oleju to: rzepak, soja, kukurydza, oliwki,
słonecznik i inne.
W przeważającej większości oleje roślinne wykorzystywane są jako tłuszcze jadalne. Jednak coraz większe znaczenie
ma wykorzystanie olejów roślinnych jako surowca do produkcji biopaliw.
1. Charakterystyka tłuszczów
Tłuszcze, inaczej zwane lipidami, stanowią grupę związków określaną jako substancje nierozpuszczalne w wodzie.
Wykazują jednak zdolność do rozpuszczania w alkoholach, acetonie, ciekłych węglowodorach alifatycznych i ben-
zenie [2]. Jako związki chemiczne ciekłe tłuszcze roślinne są mieszaninami trójglicerydów kwasów tłuszczowych.
Do tłuszczów należy szereg związków chemicznych, wśród których można generalnie wyróżnić różne grupy [1]:
* Raż�neria Trzebinia, Trzebinia
e-mail: katarzyna.piwowarczyk@raż�neria-trzebinia.pl
153
Piwowarczyk K.: Tłuszcze jako surowiec do otrzymywania estrów metylowych kwasów karboksylowych...
 tłuszcze właściwe, czyli triglicerydy,
 steroidy,
 związki tłuszczów z innymi związkami chemicznymi np. fosfolipidy, glikolipidy, sulfolipidy.
Cząsteczka triglicerydu powstaje z połączenia 1 cząsteczki glicerolu (gliceryny) i 3 cząsteczek kwasów tłuszczo-
wych. Glicerol to jedna z pośrednich cząsteczek szlaku glikolizy. Zbudowana jest z łańcucha 3 atomów węgla, przy
każdym z nich znajduje się jedna grupa  OH, czyli jest alkoholem trójhydroksylowym posiadającym trzy grupy
OH. Na rysunku 1 zamieszczono typową cząsteczkę triglicerydu.
Rysunek 1. Typowa struktura cząsteczki triglicerydu
Figure 1. Typical structure of triglyceride particle
Tłuszcze są więc grupą związków chemicznych związanych z kwasami tłuszczowymi i jednego tylko alkoholu
glicerolu (gliceryny). Na rysunku 2 przedstawiono schemat reakcji kwasu tłuszczowego z gliceryną, w wyniku której
powstaje trigliceryd.
Rysunek 2. Przykładowa reakcja kwasu tłuszczowego z gliceryną
Figure 2. Exemplary reaction of fat acid with glycerine
Surowcem dla produkcji estrów metylowych kwasów tłuszczowych mogą być tłuszcze zwierzęce i oleje roślinne,
takie jak:
 olej rzepakowy (najczęściej stosowany),
 olej sojowy,
 olej bawełniany,
 olej kukurydziany,
 odpadowe oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce (rzadziej stosowane).
W Polsce rzepak można uprawiać niemal na terenie całego kraju, jednak produkcja koncentruje się w rejonie
Żuław, Pomorza Zachodniego, Kujaw, Lubelskim, Opolskim, Wrocławskim, Olsztyńskim[8].
154
Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2008
1.1. Reakcje tłuszczów
Związki chemiczne, które powstają, mają ogólną nazwę glicerydów. Ich cechą wspólną jest:
 względna nierozpuszczalność w wodzie,
 rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych, jak eter, chloroform, benzen, itp.
Pod względem chemicznym tłuszcze są substancjami obojętnymi. Z reakcji, które mają praktyczne zastosowanie
należy wymienić [3]:
 reakcję hydrolizy,
 reakcje uwodornienia (utwardzania olejów).
Reakcja hydrolizy prowadzi do rozkładu na glicerol (glicerynę) i odpowiedni kwas tłuszczowy. Jeżeli hydrolizę
przeprowadzimy zasadą sodową lub potasową, wówczas oprócz gliceryny otrzymujemy sól kwasu tłuszczowego
(mydło):
(1)
Znacznie aktywniejsze chemicznie są oleje (nienasycone kwasy tłuszczowe w cząsteczce tłuszczu), w których w mie-
jscu wiązań podwójnych mogą przebiegać reakcje. Przykładem takiej reakcji jest reakcja uwodornienia.
(2)
W wyniku uwodornienia zmieniają się nie tylko właściwości ż�zyczne tłuszczów, ale również  co jest najważniejsze
 właściwości chemiczne, np. tłuszcz uwodorniony trudniej jełczeje niż tłuszcz nienasycony.
1.2. Skład olejów roślinnych
Według powyższych informacji głównym składnikiem olejów roślinnych są triglicerydy. Każdy z olejów roślinnych
zawiera w swoim składzie 90�98% triglicerydów oraz niewielkie ilości mono- i diglicerydów.
Przykładowa zawartość tłuszczu w nasionach roślin [2]:
 słonecznik 24�28%,
 len i konopie ok. 30%,
 soja 20%,
 mak 45%.
W skład tłuszczów wchodzą kwasy tłuszczowe zawierające w swojej cząsteczce zwykłe parzystą liczbę atomów
węgla. A
ańcuch węglowy tych kwasów może być nasycony lub posiadający jedno lub więcej wiązań podwójnych.
Najważniejszymi kwasami tłuszczowymi wchodzącymi w skład glicerydów o charakterze nasyconym są [3]:
 kwas palmitynowy CH3(CH2)14COOH,
 kwas stearynowy CH3(CH2)16COOH.
Kwasy te występują we wszystkich spożywanych tłuszczach. Najważniejszymi kwasami tłuszczowymi wchodzącymi
w skład glicerydów o charakterze nienasyconym są:
 kwas oleinowy CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH,
 kwas linolowy CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH,
 kwas linolenowy CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH.
Typowy nieraż�nowany olej roślinny zawiera w swoim składzie [4]:
 trójglicerydy 95%,
 mono- i dwuglicerydy 0,3�2%,
 wolne kwasy tłuszczowe 0,1�2%,
155
Piwowarczyk K.: Tłuszcze jako surowiec do otrzymywania estrów metylowych kwasów karboksylowych...
 fosfolipidy 0,1�2%,
 tokoferol (witamina E) 0,1%,
 minerały, metale (Mg, Ca, Fe) 5�300 ppm,
 siarkę 5�15 ppm.
Analizując skład oleju bardziej szczegółowo, poniżej przedstawiony jest dla przykładu skład oleju rzepakowego, który
zawiera (w % wag.):
 2% kwasu stearynowego,
 4% kwasu palmitynowego,
 8% kwasu linolenowego,
 13% kwasu arachidowego,
 14% kwasu linolowego,
 40% kwasu erukowego w postaci triglicerydów.
2. Oleje roślinne jako surowiec do produkcji paliw
Olej roślinny może być wykorzystany jako paliwo zastępcze do silników Diesla, zamiast oleju napędowego. Jego
popularność w tym zastosowaniu rośnie z powodu rosnącej ceny ropy naż�owej i paliw ropopochodnych. Jednak w ostat-
nim czasie również ceny surowca do produkcji olejów roślinnych  zwłaszcza oleju rzepakowego czy sojowego znacznie
wzrosły. Pociągnęło to za sobą wzrost cen żywności, a to z kolei wywołało lawinę protestów przeciwko paliwom produ-
kowanym na bazie olejów roślinnych.
Zastosowanie oleju roślinnego jako paliwa do silnika Diesla napotyka na szereg problemów. Przede wszystkim
gliceryna, zawarta w olejach roślinnych, w wysokich temperaturach przechodzi w akroleinę (CH2=CH CHO) [5].
Tworzy ona w silniku i przewodach paliwowych tzw. nagar, czyli polimery i sadze, które wpływają na przyspieszone
zużycie ścierne.
3. Proces przerobu olejów roślinnych
Ponieważ triglicerydy nie są dobrym paliwem do silników z zapłonem samoczynnym, wymagają przeprowadze-
nia odpowiednich procesów w celu poprawienia ich właściwości ż�zykochemicznych i zbliżenia ich do właściwości
oleju napędowego. Procesy, takie jak piroliza, mikroemulgowanie, rozcieńczanie czy też transestryż�kacja, prowadzą
do zmiany niekorzystnych parametrów triglicerydów. Są nimi: wysoka lepkości, niska lotności czy też występowanie
wielonienasyconych łańcuchów węglowych na parametry zbliżone do mineralnego oleju napędowego.
W wyniku działania mocnych kwasów nieorganicznych na mydła sodowe wydzielają się mieszaniny wolnych
kwasów karboksylowych. Tłuszcze można również przekształcić w estry metylowe kwasów karboksylowych po-
przez reakcję transestryż�kacji. Otrzymaną w tej reakcji mieszaninę estrów metylowych można rozdzielić poprzez
destylację frakcyjną na poszczególne estry [2].
3.1. Metody produkcji biodiesla
Reasumując więc biodiesel to przetworzony chemicznie na drodze transesteryż�kacji olej roślinny. Został on zdeż�-
niowany jako monoalkilowe estry kwasów tłuszczowych o długim łańcuchu otrzymanym z odnawialnego substratu,
takiego jak oleje roślinne lub tłuszcze zwierzęce, do stosowania w silnikach z zapłonem samoczynnym. Biodiesel, który
jest uważany za możliwy substytut konwencjonalnych olejów napędowych lub jako dodatek do nich, najczęściej jest
skomponowany z estrów metylowych kwasów tłuszczowych, które są pochodnymi triglicerydów obecnych właśnie
w olejach roślinnych.
156
Krakowska Konferencja Młodych Uczonych 2008
3.2. Transestr y fikacja jako proces podstawowy
Transestryż�kacja, zwana też alkoholizą, jest zastępowaniem alkoholu z estru przez inny alkohol w procesie po-
dobnym do hydrolizy, z tą różnicą, iż woda została zastąpiona przez alkohol. Reakcja zachodzi przy użyciu katali-
zatora, który przyspiesza reakcję i uniemożliwia prowadzenie jej w znacznie niższych temperaturach, w niektórych
przypadkach nawet w temperaturze pokojowej. Proces jest szeroko stosowany do zredukowania lepkości triglicery-
dów. Równanie (3) prezentuje reakcję transestryż�kacji alkoholem metylowym.
(3)
3.3. Chemia procesu transestr y fikacji
Ogólną reakcję transestryż�kacji podaje równanie (3). Reakcja ta zachodzi w trzech kolejnych odwracalnych
etapach które prezentują równania (4), (5) oraz (6):
(4)
(5)
(6)
Pierwszy etap to konwersja triglicerydu do diglicerydu. Kolejnym etapem jest reakcja diglicerydu do
monoglicerydu, a ostatnim  monoglicerydu do gliceryny. Na każdy etap uzyskuje się jedną cząsteczkę estru mety-
lowego z każdego glicerydu.
W wyniku procesu transestryż�kacji otrzymuje się głównie estry metylowe kwasów tłuszczowych, czyli biopali-
wo oraz glicerynę i mydła, a także inne produkty nieprzereagowane. W ten oto sposób uzyskujemy naturalne, nie-
szkodliwe dla środowiska paliwo do silników Diesla, który nie wymaga przebudowy czy przeróbki. Jedynie należy
zastosować inne uszczelki, odporne na rozpuszczające działanie FAME (z ang. Faż�y Acid Methyl Esters). Paliwo
to może być mieszane w dowolnych proporcjach z olejem napędowym z ropy naż�owej [6]. Zaleca się jednak stoso-
wanie najbardziej efektywnej mieszanki zawierającej do 20% biopaliwa i min. 80% oleju napędowego z ropy naf-
towej. Wtedy bowiem właściwości ż�zykochemicznej powstałej mieszanki nie odbiegają od parametrów czystego
mineralnego oleju napędowego.
Podsumowanie
Olej rzepakowy jako jeden z tłuszczów roślinnych znalazł zastosowanie nie tylko jako olej jadalny, ale również
jako paliwo do napędzania silników z zapłonem samoczynnym. Ma on jednak znacznie większą lepkość niż
157
Piwowarczyk K.: Tłuszcze jako surowiec do otrzymywania estrów metylowych kwasów karboksylowych...
mineralny ON. Różnica zależy od rodzaju oleju (rzepak, słonecznik itp.) ale zawsze jest znaczna. Ma to największy
wpływ na rozprowadzanie paliwa. Niedokładne rozdrobnienie cząstek paliwa i złe ich rozprowadzenie w komorze
silnika powoduje, że paliwo nie ulega całkowitemu spaleniu, a kiedy tak się dzieje, powstaje sadza i osadza się na-
gar.
Problemy te utrudniają bezpośrednie zastosowanie oleju rzepakowego jako paliwa. Z tych właśnie powodów i w celu
uzyskania pełnowartościowego i nieszkodliwego dla pojazdu paliwa do silników z zapłonem samoczynnym olej roślinny
poddawany jest dalszemu przetwarzaniu metodami chemicznymi, takimi jak proces transestryż�kacji.
Literatura
[1] www.drmichalak.pl/data/studenci/bioch1.htm.
[2] Kączkowski J.: Podstawy biochemii, WNT, Warszawa 1999.
[3] www.prawo.akcjasos.pl/chemia.
[4] Szlachta Z.: Zasilanie silników wysokoprężnych paliwami rzepakowymi, Wydawnictwo Komunikacji i A
ączności w War-
szawie, Warszawa 2002.
[5] Sytnik L.J.: Ekopaliwa silnikowe, Oż�cyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2004.
[6] hż�p://mif.duo.netstrefa.pl/paliwa_ż�les/InstrEMKT.pdf.
ż�TARZYNA PIWOWARCZYK
Fats as a Material in the Process of Producing  Methyl Esters Carboxyl Acids (Biodiesel)
Keywords
fats  vegetable oil  rape  bio-fuels  biodiesel
Abstract
In this article there are presented information on type and composition of fats, their chemical alteration and production of
Biodiesel out of vegetable oils as well as the most frequently used transestriż�cation reaction. Moreover, it includes possibility to
use a variety of vegetable oils in the production of bio-fuel and applying it in Diesel engines.
158