SPIS TREŚCI

1. WPROWADZENIE

1. WPROWADZENIE

Nadprodukcja biomasy roślinnej, wzrost zanieczyszczenia środowiska oraz ograniczone zasoby ropy naftowej wpłynęły na rozpatrzenie możliwości wykorzystania olejów roślinnych i alkoholu etylowego do napędu silników spalinowych w formie biopaliw lub biokomponentów zastępujących olej napędowy z ropy naftowej.

Zapis w Białej Księdze UE z 1997 roku dotyczący strategii rozwoju produkcji energii ze źródeł odnawialnych, jak również Dyrektywa 2003/30/EC zakładają, że do 2010 roku udział biokomponentów w paliwach wykorzystywanych w sektorze transportu UE ma wzrosnąć do poziomu 5,75%.

Dodawanie bioetanolu do benzyny oraz estrów metylowych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego do oleju napędowego może przyczynić się do rozwój nowego kierunku produkcji i wzrostu zapotrzebowania na surowce rolnicze.

W pracy przedstawiono ważniejsze korzyści jakie niesie wykorzystanie „ekologicznego paliwa”, jak również trudności związane z wprowadzeniem go na polski rynek. Przedyskutowane zostały kontrowersyjne kwestie towarzyszące wykorzystaniu biopaliw m.in. ich wpływ na żywotność i jakość pracy silników spalinowych. Przedstawione zostały również aspekty ekonomiczne związane z rozwojem sektora biopaliw w Polsce.

W pracy starano się wykazać, że wykorzystując potencjał biomasy można produkować ekologiczne, odnawialne surowce dla celów paliwowo - energetycznych. Jest to nowoczesna technologia XXI wieku, która zapewnia równowagę między rolnictwem a przemysłem energetyczno - paliwowym, a jednocześnie jest przyjazna środowisku.

2. PALIWO DO SILNIKÓW WYSOKOPRĘŻNYCH - BIODIESEL

Paliwa stanowiące mieszaninę estrów metylowych kwasów tłuszczowych swoimi właściwościami są bardzo zbliżone do współczesnych olejów napędowych i jako pochodzące ze źródeł odnawialnych będą w coraz większym stopniu zastępować obecnie stosowane.

Biopaliwa, inaczej też zwane paliwami zielonymi, powstają wskutek chemicznego przetworzenia olejów roślinnych.

Wybór i zastosowanie danego oleju do produkcji biopaliwa jest modyfikowany przez wiele czynników, jak na przykład: położenie geograficzne (klimat), czy warunki ekonomiczne. W Stanach Zjednoczonych Ameryki Północnej, soja jest uprawiana powszechnie, więc podstawowym surowcem będzie olej sojowy, w Kanadzie i Europie - olej rzepakowy, w krajach tropikalnych - Malezji, Indonezji, Tajlandii - olej palmowy. Można wykorzystać także inne oleje: słonecznikowy, rycynowy, bawełniany, kukurydziany, arachidowy, oliwkowy itp.

Dobrym surowcem są również tłuszcze zwierzęce.

Do produkcji estrów metylowych wykorzystuje się również tłuszcze odpadowe, np. posmażalnicze, utylizacyjne i inne. Oleje rybne ze względu na nieodpowiedni skład kwasów tłuszczowych mają ograniczone zastosowanie, ponieważ zawierają długołańcuchowe wielonienasycone kwasy tłuszczowe, co powoduje, że wyprodukowane estry są mało stabilne.

W Europie podstawowym surowcem do produkcji estrów jest olej rzepakowy, zawierający około 60% kwasu oleinowego (C_18:1) oraz w sumie około 90% kwasów osiemnastowęglowych (oleinowego, linolowego, linolenowego). Ze względu na skład chemiczny stał się on pożądanym surowcem do produkcji ekologicznego paliwa RME (z ang. Rapeseed oil Methyl Ester)

W Polsce jest możliwe zwiększenie produkcji rzepaku na cele energetyczne (do produkcji RME), ze względu na dogodne uwarunkowania glebowe i klimatyczne. To zarazem może wpłynąć na wzrost zasobów białka paszowego (którego deficyt wynosi około 60 000 ton) oraz innych produktów, np. gliceryny. Estry metylowe kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego stanowią również cenny półprodukt do wytwarzania wielu związków zwanych „oleochemikaliami”, mających zastosowanie w różnych dziedzinach chemii gospodarczej i przemysłowej.

1. Olej rzepakowy jako paliwo

Ze względów ekonomicznych kuszącym wydaje się zastosowanie naturalnego oleju rzepakowego − surowego, filtrowanego lub rafinowanego. Najprostszą metodą wydobycia takiego oleju jest tłoczenie na zimno, jednakże jego właściwości fizykochemiczne znacznie się różnią od oleju napędowego z ropy naftowej.

Bezpośrednie zastąpienie oleju napędowego naturalnym olejem rzepakowym surowym lub rafinowanym nie dało pozytywnych wyników. Badaniami objęto silniki różnej wielkości i o odmiennym systemie spalania, służące do napędu ciągników, pojazdów samochodowych osobowych i ciężarowych, jak również maszyn budowlanych. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że olej rzepakowy ma ograniczoną przydatność jako paliwo do silnika z zapłonem samoczynnym. Przy zwiększaniu zawartości oleju napędowego w mieszance z olejem rzepakowym zmniejszają się różnice w parametrach pracy silnika. Ograniczona przydatność oleju rzepakowego wynika głównie z:

• szybkiego tworzeniu się nagaru na powierzchni ściany komory spalania, pierścieniach tłokowych, zaworach i wtryskiwaczach;

• wysokiej lepkości − 10-krotnie wyższej, co wpływa na parametry tłoczenia i wtrysku paliwa do komory spalania. Duża lepkość negatywnie oddziałuje na jego rozpylanie, co pogarsza spalanie i rozcieńczanie paliwem oleju smarnego,

• zmniejszania mocy i sprawności ogólnej silnika;

• przeciwwskazań do stosowania w niskich temperaturach - już przy temperaturze około 10°C wymaga wstępnego podgrzania [Szlachta Z., 2002].

1. Olej rzepakowy a ester oleju rzepakowego

Właściwości fizykochemiczne zbliżone do oleju napędowego posiadają estry metylowe kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego, dlatego to one wydają się rozsądnym dodatkiem do paliw lub jej substytutem. W tabeli 2.1 podano parametry charakteryzujące przydatność paliwową oleju rzepakowego, RME i oleju napędowego.

Tabela 2.1. Porównanie wskaźników oleju napędowego, oleju rzepakowego i RME

Parametr	Olej		RME
		napędowy		rzepakowy
Gęstość przy 15°C, g/dm^3	0,817−0,856	0,91−0,92	0,86−0,90
Lepkość kinematyczna przy 20°C, mm^2/s	3,80−5,50	68,0−97,7	6,00−9,00
Wartość opałowa, MJ/kg	42,7−43,5	36,7−37,7	37,0−37,2
Wartość opałowa, MJ/dm^3	35,7−35,8	33,7−34,0	32,4−33,1
Masa molowa, k/kmol	120−320	882−883	296
Stechiometryczne zapotrzebowanie na tlen, kg powietrza/kg paliwa	14,57	12,43	12,50
Analiza elementarna, % m/m C H O	86,0−86,4 13,4−14,0 brak	77,0−78,0 10,0−11,7 10,5−12,0	76,8−78,0 12,1 10,0−11,0
CFPP, °C	+2 do -35	+5 do +18	-7 do -9
Zawartość siarki, % m/m	0,03−0,22	0,009−0,012	0,002−0,006
Temperatura zapłonu, °C	20−84	317−324	111−175
Zawartość związków aromatycznych, % m/m	21,5	brak	brak

Źródło: Bocheński C.I., 2003

Niższa wartość energetyczna RME wynika z zawartości tlenu, który powoduje zmniejszenie emisji węglowodorów i tlenku węgla. Mała zawartość siarki wpływa na ograniczenie emisji dwutlenku siarki i częściowo cząstek stałych. Podane parametry wskazują, że RME bez dodatków uszlachetniających może być stosowany jako paliwo letnie lub przejściowe w silniku wysokoprężnym.

2. Produkcja RME - metanoliza

Po raz pierwszy reakcje metanolizy, czyli alkoholizy olejów roślinnych opisał w 1846 r. Rochleder [Podkówka W., 2004]. W ciągu prawie 160 lat wydano wiele publikacji na temat transestryfikacji różnych tłuszczów, w tym głównie olejów roślinnych, alkoholami niskocząsteczkowymi. Otrzymywane w procesie transestryfikacji metanolem estry metylowe kwasów tłuszczowych (głównego składnika olejów roślinnych) wzbudziły szczególne zainteresowanie ze względu na możliwość ich wykorzystania jako odtwarzalnego, ekologicznego paliwa do wysokoprężnych silników spalinowych z zapłonem samoczynnym.

1. Surowce

Za surowce do produkcji estrów metylowych kwasów tłuszczowych uważa się tłuszcze zwierzęce i oleje roślinne ( w tym rzepakowy z którego otrzymujemy metylowe estry rzepakowe - RME) oraz odpadowe tłuszcze roślinne.

Oleje roślinne

Olej sojowy

Paliwo to jest stosowane głównie w Brazylii, w mniejszym stopniu w Chinach i Argentynie. Stany Zjednoczone Ameryki Północnej prowadzą badania nad nim, lecz ze względów ekonomicznych jego zastosowanie jest tam niewielkie. Mieszaniny, które są stosowane; to maksymalnie 40% oleju sojowego z olejem napędowym. W porównaniu

z olejem rzepakowym, olej sojowy ma lepsze cechy, m.in. powoduje znacznie niższą korozję części silnika. Koszty produkcji oleju sojowego są również stosunkowo niskie − stanowią do 170% kosztów oleju napędowego. Dla oleju rzepakowego koszty te są kilkakrotnie wyższe. Podstawowe własności fizykochemiczne zostały ujęte w tabeli 2.2.

Tabela 2.2. Podstawowe parametry fizykochemiczne oleju sojowego

Gęstość w temp. 20°C, (g/cm^3)	0,925
Lepkość kinematyczna, (mm^2/s)	6,65
Temperatura krzepnięcia, (°C )	-16
Wartość opałowa (MJ/kg)	40,84

Źródło: www.zss.radom.pl

Olej słonecznikowy

Ze względu na wysokie plony z plantacji olej ten jest stosunkowo tani w porównaniu z innymi olejami roślinnymi. Jego zastosowaniem są zainteresowani naukowcy głównie z Australii, Ameryki Północnej, RPA oraz Hiszpanii. Podobnie jak w przypadku oleju sojowego stosuje się mieszaniny oleju słonecznikowego z olejem napędowym. Tabela 2.3 przedstawia parametry fizykochemiczne tego oleju.

Tabela 2.3. Podstawowe parametry fizykochemiczne oleju słonecznikowego

Gęstość w temp. 20°C, (g/cm3)	0,865
Lepkość kinematyczna, (mm^2/s)	6,72
Temperatura krzepnięcia, (°C)	-18
Wartość opałowa (MJ/kg)	42,63

Źródło: www.zss.radom.pl

Olej palmowy

Olej palmowy jest bardzo popularny w Azji Południowo-Wschodniej, głównie w Malezji, gdzie prowadzi się zaawansowane badania nad zastosowaniem estrów metylowych tego oleju i palmowej stearyny, oraz czystego oleju palmowego. Paliwami tymi zasilane są silniki kilkudziesięciu autobusów miejskich, niektóre z nich przejechały założone 300 000 km. Estry metylowe oleju palmowego, którego podstawowe parametry fizykochemiczne są w tabeli 2.4 mają bardzo niską zawartość siarki, ponadto cechują się następującymi zaletami [www.zss.radom.pl]:

• nie wymagają modyfikacji silników,

• praca silnika jest poprawna w całym zakresie obciążeń,

• zmniejszona jest emisja związków toksycznych,

• osadzanie się nagaru na rozpylaczach zachodzi w podobnym tempie jak

w przypadku oleju napędowego, jednak inne są jego składniki,

• zużycie paliwa z oleju palmowego jest porównywalne do zużycia oleju napędowego.

Tabela 2.4. Podstawowe parametry fizykochemiczne oleju palmowego

Wyszczególnienie	Ester metylowy oleju	Ester metylowy stearyny
Gęstość ( g/cm^3 )	0,87	0,8713
Zawartość siarki ( % )	0,04	0,002
Lepkość w temp. 40°C (mm^2/s)	4,5	4,6
Wartość opałowa (MJ/kg )	40,135	39,826
Temperatura zapłonu (°C)	174	165

Źródło: www.zss.radom.pl

Pomimo wielu zalet oleju palmowego, Austriacki Instytut Biopaliw szacuje, że tylko 1% produkowanego biodiesela pochodzi z tego surowca [www.gigawat.net.pl]. Olej palmowy nie bardzo nadaje się do produkcji biopaliw dla kraju tak zimnego jak Polska. Według danych Oelmuehle Loer Connemann temperatura topnienia estrów wytwarzanych z takiego oleju wynosi 10−15°C. To znaczy, że w niższej temperaturze, wcale nie zimowej, tężałby, grożąc zatkaniem układu paliwowego [www.kki.pl].

Największe znaczenie w produkcji polskiego biopaliwa ma bez wątpienia rzepak, z którego pozyskuje się olej rzepakowy.

Olej rzepakowy

W ogólnej powierzchni uprawy roślin oleistych w Polsce, udział rzepaku przekracza 95%. W produkcji jednoznacznie dominuje ozima forma rzepaku, która daje zdecydowanie większe i bardziej stabilne w latach plony niż forma jara. W okresie ostatnich 20 lat powierzchnia uprawy rzepaku, średnio w kraju, wynosiła około 400 - 450 tys. ha − rys. 2.1.

Źródło: www.ga.com.pl

Rys. 2.1. Plantacja rzepaku w Polsce

Oleje otrzymuje się głównie z nasion roślin oleistych drogą ekstrakcji lub wyciskania. W zależności od metody, jaka została zastosowana w procesie wytwarzania oleju, jego skład może się różnić pod względem: zawartości wolnych kwasów tłuszczowych FFA, aminokwasów, barwników, witamin itp.

Obecnie prawie wszystkie stosowane technologie przetwarzania olejów roślinnych na paliwa do silników Diesla stawiają ostre wymagania jakościowe surowcom. Nasuwa się jednak pytanie, czy w ramach ochrony środowiska i poprawy ekonomiki obecnych procesów reestryfikacyjnych, nie należy wykorzystać przede wszystkim przepracowanych tłuszczów roślinnych, a nawet niektórych zwierzęcych?

Tłuszcze zwierzęce

Tłuszcze typu łój lub smalec mogą być przerabiane na estry metylowe kwasów tłuszczowych i w mieszankach z estrami pochodzenia roślinnego stosowane jako biopaliwo [www.biodiesel.org]. Produkcja tłuszczu w Polsce jest szacowana na około 140 tys. ton rocznie.

Tłuszcze posmażalnicze

Pozyskiwane są jako „tłuszcze przepracowane” głównie z restauracji i miejsc, gdzie produkowana jest żywność typu „fast-food”. Tłuszcze smażalnicze stanowią specjalny surowiec tłuszczowy przeznaczony do stosowania w wysokiej temperaturze przez długi okres, np. do smażenia frytek, dlatego olej zużyty może zawierać produkty przemian zarówno termicznych, jak i oksydacyjnych. Tak więc obok triacylogliceroli, w oleju posmażalniczym obecne są produkty jego degradacji o charakterze polarnym, w skład których wchodzą między innymi wolne kwasy tłuszczowe, monoacyloglicerole, diacyloglicerole oraz produkty polimeryzacji czy polikondensacji, np. dimery, trimery i wyższe oligomery [Walisiewicz-Niedbalska W., 2003].

Wielką zaletą tego surowca jest jego dostępność i niska cena. Nie bez znaczenia jest też aspekt ekologiczny, ponieważ wykorzystanie tych tłuszczy jest jednocześnie rozwiązaniem problemu z zagospodarowaniem ich jako odpadu. Tak więc produkcja i stosowanie biodiesla w oparciu o odpadowe tłuszcze roślinne i zwierzęce przynosi środowisku „podwójną korzyść”.

Rocznie zużywa się około 200 000 ton olejów i tłuszczów w celach żywieniowych, 75 000 ton do smażenia (65% w gospodarstwach domowych, 27% w restauracjach, 13% w przemyśle).

Oceniono, że 80% olejów i tłuszczy zużywanych w gospodarstwach domowych i restauracjach oraz 20% zużywanych w przemyśle może potencjalnie nadawać się do zbiórki.

Ich przetwórstwo z powodu zawartości wolnych kwasów tłuszczowych, polimerów oraz soli jest trudniejsze, ale za to ich ceny są bardzo atrakcyjne, gdyż oscylują na poziomie 20% w stosunku do świeżego surowca.

1. Produkcja biodiesela

Skup, przygotowanie i magazynowanie nasion rzepaku

Podczas planowania inwestycji należy przeanalizować możliwości zgromadzenia surowca − jakim są nasiona rzepaku, na całoroczną produkcję. Jeśli przyszły producent posiada własne magazyny, może zorganizować skup rzepaku we własnym zakresie. Przed składowaniem nasiona rzepaku musza być doczyszczone i dosuszone. Należy pamiętać, że nasiona rzepaku są trudniejsze w magazynowaniu niż ziarna zbóż.

Do tego celu niezbędne są następujące urządzenia [www.testmer.com.pl]:

• przyjęcie nasion: waga pomostowa, kosz przyjęciowy z ciągami transportowymi, zbiornik buforowy skupionych nasion ,

• oczyszczalnia nasion (dopuszczalna ilość zanieczyszczeń <2%),

• suszarnia nasion (dopuszczalna wilgotność 6−7 %),

• silosy suchego ziarna odpowiedniej pojemności.

Dobra jakość nasion jest bardzo ważna dla uzyskania oleju o odpowiednich parametrach. Na nią składa się wiele czynników, ale najważniejsze z nich to:

• stopień dojrzałości,

• obecność nasion uszkodzonych,

• wilgotność nasion po zbiorze i podczas przechowywania,

• warunki przechowywania.

Tłoczenie i wstępne oczyszczanie oleju

Na rysunku 2.2 przedstawiono prasę z podwójnym ślimakiem produkcji polskiej do tłoczenia i wstępnego oczyszczanie oleju.

Źródło: www.elektroplast.waw.pl

Rys. 2.2. Prasa do tłoczenia rzepaku

Rysunek 2.3 przedstawia zespół tłoczni olejowej, wytłaczającej olej z roślin oleistych - przykładowo rzepaku, pestek słonecznika i dyni, orzecha, gorczycy, soi i innych.

Źródło: www.elektroplast.waw.pl

Rys. 2.3. Zespół tłoczni olejowej

Tłoczenie odbywa się w warunkach niskotemperaturowych za pomocą prasy śrubowej. Wytłoczony olej ścieka do zbiornika, gdzie kolejnym zabiegiem jest dwustopniowe filtrowanie.

Jednocześnie wytłoki roślinne poprzez łącznik rurowy podawane są na podajnik taśmowy w celu pakowania lub magazynowania, a wyjście filtra zewnętrznego połączone jest na wejście rozdzielacza pompy biorafinerii.

Na rysunku 2.4 przedstawiono schemat ideowy bazy przyjęcia i magazynowania rzepaku i tłoczni oleju na zimno.

Źródło: Podkówka W., 2004

Rys. 2.4. Schemat ideowy bazy przyjęcia i magazynowania rzepaku i tłoczni oleju na zimno

O właściwościach oleju decyduje sposób jego pozyskiwania z nasion rzepaku. Otrzymuje się je drogą ekstrakcji lub wyciskania. Metoda jest o tyle istotna, ponieważ może dawać w rezultacie różne zawartości wolnych kwasów tłuszczowych FFA, aminokwasów, barwników, witamin itp.

W tabeli 2.5 przedstawiono charakterystykę oleju rzepakowego w zależności od sposobu jego otrzymywania z nasion, a więc tłoczenia, ekstrakcji i rafinacji.

Tabela 2.5. Charakterystyka oleju rzepakowego tłoczonego na zimno i na gorąco oraz rafinowanego różnymi sposobami

Lp.	Pozyskiwanie oleju, sposób rafinacji	Liczba kwasowa [Mg KOH/g]	Zawartość [Mg/kg]
						fosforu	żelaza
1.	Tłoczenie na zimno, wydajność 83% (temperatura maksymalna 55ºC, olej po wytłoczeniu filtrowany na małych prasach filtracyjnych)	2,03	14,57	0,50
2.	Olej tłoczony odszlamiono (odśluzowano) (dodatek wody 0,8%, temperatura 80 ºC, 20 minut łagodnego mieszania, po wystudzeniu filtrowany)	2,05	13,44	0,57
3.	Olej tłoczony i odszlamiony bielony (temperatura 50 ºC, ciągłe mieszanie + ziemia bieląca aktywowana 1,5% kwasem, 7−8 kPa, 85−90 ºC, 20 minut, po ochłodzeniu filtracja)	2,01	5,42	0,38
4.	Olej odszlamiony i bielony, odkwaszany destylacyjnie (wyparka molekularna: ciśnienie części niekondensujących 20−30 Pa, temperatura 200−210 ºC)	0,10	5,23	0,51
5.	Olej tłoczony i ekstrahowany klasycznie	4,26	352	3,0
6.	Olej tłoczony i ekstrahowany klasycznie (odszlamianie - odśluzowanie jak w p. 2)	4,20	216	2,8
7.	Olej tłoczony i ekstrahowany po odszlamieniu (bielenie jak w p. 3)	4,11	186	2,5
8.	Olej tłoczony, ekstrahowany, odszlamiony i bielony (odkwaszanie jak w p. 4)	0,29	187	3,0

Źródło: Cvengros J. i inni, 1999

Oczywistym jest fakt, że RME z oleju nieodpowiedniej jakości nie będzie spełniał norm jakości.

Nieodpowiednie warunki pozyskania oleju mogą być przyczyną większych ilości takich substancji jak [Podkówka W., 2004]:

- fosfolipidy,

- wolne kwasy tłuszczowe,

- barwniki, zwłaszcza chlorofilowe,

- produkty autooksydacji.

Obecność fosforu, według normy na RME, jest limitowana na poziomie 10 ppm.

Poziom żelaza takiej normy nie posiada, aczkolwiek należy pamiętać, że nie jest ona bez znaczenia, ponieważ jony tego pierwiastka katalizują reakcje utleniania - co ma niebagatelny wpływ na stabilność oksydatywną estrów.

Olej rzepakowy przeznaczony do produkcji RME powinien być tłoczony w specjalnych warunkach albo specjalnie rafinowany, co zagwarantuje usunięcie fosfolipidów i soli niektórych metali: żelaza i miedzi.

Rodzaj obróbki technologicznej zasadniczo wpływa na jakość oleju rzepakowego, co jest przedstawione w tabeli 2.6.

Tabela 2.6. Porównanie charakterystyk jakościowych oleju rzepakowego

Wskaźnik jakościowy	Rodzaj oleju
		tłoczony na zimno	tłoczony na zimno z nasion łuskanych	tłoczony na gorąco (filtracja-filtr Niagara)	tłoczony na gorąco (filtracja-prasa ramowa, filtr membranowy)	tłoczony i poddany rafinacji klasycznej	tłoczony i odkwaszany destylacyjnie
Barwa ogólna spektrofotometryczna 1000 (A460+A666)	780	401	1 246	492	17	14
Zawartość wody i substancji lotnych, %	0,10	0,04	0,05	0,04	0,06	0,02
Liczba kwasowa, mg KOH/g	1,30	0,88	3,05	0,88	0,20	0,12
Liczba nadtlenkowa, milirównoważniki, O2/kg	2,0	1,6	2,8	1,6	0,4	0,2
Zawartość zanieczyszczeń nierozpuszczalnych, %	0,03	0,03	0,04	0,03	0,01	0,01
Zawartość fosforu, mg/kg	162,0	88,9	211,0	60,9	5,9	8,9
Zawartość żelaza, mg/kg	1,8	0,6	4,8	0,7	0,03	0,04
Czas indukcji (h)-test Rancimat	4,37	4,81	3,79	5,41	6,01	5,43

Źródło: Mińkowski K., Ptasznik S., 2003

Tłoczenie i wstępne oczyszczanie oleju związane jest ze znacznymi kosztami budowy tej instalacji. Wielkość kosztów zależy od planowanej wydajności, a także od wybranego producenta urządzeń.

W skład urządzeń wchodzą:

• zbiornik buforowy na rzepak do produkcji,

• płatkownica nasion,

• prażnia nasion,

• prasa ślimakowa o wydajności odpowiadającej założonej produkcji,

• urządzenia do oddzielania stałych części i filtrowania surowego oleju,

• ciągi transportowe.

Na rysunku 2.5 przedstawiono schemat olejarni.

Źródło: Podkówka W., 2004

Rys. 2.5. Schemat ideowy olejarni (tłoczenie i ekstrakcja)

Rafinacja oleju przed przemianami estrowymi

Wytłoczony w dużych zakładach surowy olej, w zależności od technologii i rodzaju nasion, zawiera różne ilości produktów towarzyszących, jak: brud, fosfolipidy, barwniki, białko, kwasy tłuszczowe, produkty utleniania, śladowe ilości metali, produkty zapachowe i smakowe, które przez intensywną ekstrak­cję przechodzą do oleju. W zależności od przeznaczenia oleju stosowane są podczas rafinacji dodatkowe zabiegi w celu ich neutralizacji lub usunięcia.

Niepożądanym składnikiem oleju rzepakowego kierowanego do metanolizy jest zawarta w nim woda. Po pierwsze - powoduje hydrolizę triacylogliceroli i powstawanie wolnych kwasów tłuszczowych. Te z kolei powodują powstawanie mydeł oraz zwiększone zapotrzebowanie na katalizator. W procesie tworzenia się mydeł - powstaje dodatkowa woda, która „nasila” reakcję hydrolizy oleju. Po drugie − woda rozpuszcza metanol i wodorotlenek potasu, który jest katalizatorem reakcji.

W procesie rafinacji oleju zostaje obniżona zawartość fosforu i wolnych kwasów tłuszczowych, a także następuje standaryzacja pH.

Pełna rafinacja oleju obejmuje procesy odszlamowania, odkwaszania, wybielania i dezodorowania, co obrazuje rysunek 2.6.

Źródło: Bocheński C.I, 2003

Rys. 2.6. Schemat procesu rafinacji

Dlatego też wymaga ona zainstalowania specjalnych maszyn i urządzeń, co w wyniku zwiększa koszty produkcji. Wydatek energetyczny wynosi około 1,4 MW∙h/Mg, co stanowi około 12% wartości opałowej oleju. Po pełnej rafinacji olej rzepakowy nadaje się na cele spożywcze. W przypadku przeznaczenia go na paliwo w zupełności wystarczy tylko częściowa rafinacja oleju, która ogranicza się do odszlamowania i odkwaszania.

Odszlamowanie, inaczej zwane odśluzowaniem polega na usunięciu głównie substancji białkowych i fosfolipidów w postaci roztworów koloidalnych oraz zawiesiny. Do odśluzowania stosowane są różne metody, opisane w opracowaniach specjalistycznych [Niewiadomski H., 1993]. Śluz jako produkt odpadowy może być wymieszany z wytłokami i wykorzystany do celów paszowych.

Zasadniczym celem odkwaszania (neutralizacji) jest usunięcie wolnych kwasów tłuszczowych (WKT). Odkwaszenie alkaliczne polega na zobojętnieniu kwasów tłuszczowych i dlatego może być również określone jako neutralizacja. Opracowano wiele rozwiązań neutralizacji zarówno pod względem doboru środka zobojętniającego, sposobu prowadzenia reakcji, jak też zastosowania technologicznego jako metody okresowej lub ciągłej [Niewiadomski H., 1993]. Produktem ubocznym są mydła, na skutek stosowanych alkalii.

Przyjęta technologia oraz aspekty ekonomiczne mają główny wpływ na zakres obniżania zawartości niepożądanych związków. W tej kwestii są różne zdania.

Jedni uważają, że olej tłoczony po odpowiedniej sedymentacji i odfiltrowaniu jest dobrym surowcem do produkcji RME. W tym wypadku zużywa się większą ilość metanolu i wodorotlenku potasu, powstaje więcej fazy glicerynowej i uzyskuje się RME, który spełnia wymogi normy. Wydajność procesu jest jednak niższa i z reguły nie przekracza 90% przeestryfikowanego oleju. Zwiększone są koszty na oczyszczanie paliwa, jak również na oczyszczanie fazy glicerynowej. Należy pamiętać, że większą trudność sprawia zagospodarowanie odpadów po filtracji produktu końcowego niż po filtrowaniu i częściowej rafinacji oleju [Frąckowiak P., 2003].

Drudzy popierają metodę, w której najpierw przez filtrację i częściową rafinację oczyszcza się olej. Następnie wraz z metanolem i katalizatorem dobrej jakości, możliwe jest przeestryfikowanie oleju w stopniu ponad 96% otrzymując paliwo spełniające wymagania normy. Ponosi się tu większe nakłady na odpowiednie przygotowanie oleju do metanolizy, ale w zamian za to uzyskuje się zmniejszone koszty oczyszczania paliwa i fazy glicerynowej [Zamojski H., 2003].

Instalacja do rafinacji składa się z szeregu zbiorników znacznych objętości (rysunek 2.7), mniejszych zbiorników na kwas cytrynowy i ług sodowy, wirówek do odwirowania zbędnych składników, zbiorników na odpady (fosfolipidy i mydła), osuszacza oleju wraz z pompą próżniową, wymienników ciepła i zbiornika buforowego czystego oleju o dobranej objętości. Instalacja zawiera szereg pomp o różnym przeznaczeniu, a także ciągi transportowe.

Źródło: www.elektroplast.waw.pl

Rys. 2.7. Instalacja do rafinacji oleju rzepakowego

Estry wytworzone z nierafinowanych olejów roślinnych powodują w warunkach badań silnikowych zatykanie się filtrów paliwowych, zakleszczenie iglic rozpylaczy i pogorszenie stanu czystości pierścieni tłokowych.

Przygotowanie surowców pomocniczych

Metanol (alkohol metylowy CH₃OH)

Do procesu metanolizy stosowany jest alkohol metylowy techniczny. Norma Metanol techniczny PN−89/C−97905 przedstawia wymagania dotyczące tego alkoholu.

Katalizator

Decydującym o ekonomice procesu elementem jest katalizator, który winien spełniać następujące warunki:

• dobrze rozpuszczać się w fazie estrów metylowych kwasów tłuszczowych,

• wykazywać wysoką kwasowość,

• nie wchodzić w żadne reakcje z metanolem,

• nie oddziaływać utleniająco, nie może tworzyć emulsji w strefie reakcji, tzn. nie powinien utrudniać wydzielania się gliceryny, jako oddzielnej fazy,

• winien się dobrze rozpuszczać w fazie gliceryny po ukończeniu reakcji reestryfikacyjnej i estryfikacyjnej (wolnych kwasów),

• powinien się ilościowo dobrze wydzielać z fazy gliceryny dla pełnego zawrotu do wtórnego procesu,

• powinien być tani i łatwo dostępny.

Te warunki najlepiej spełniają sulfokwasy aromatyczne:

Najczęściej używanym katalizatorem jest:

• Wodorotlenek potasu (KOH)

Wymagania dotyczące tego katalizatora są zawarte w normie Wodorotlenek potasowy techniczny PN-88/C-84039/02.

Z treści oferty jednej z firm wynika, że wodorotlenek potasu jest podawany w stężeniu 0,5 % (m/m) w stosunku do wsadu oleju rzepakowego [Technologia wytwarzania z oleju rzepakowego komponentów i zamienników paliw do silników wysokoprężnych 2000 r]

• Wodorotlenek sodu (NaOH)

Wymagania dotyczące wodorotlenku sodu są ujęte w normie Wodorotlenek sodu techniczny PN−91/C−84038. Zarówno wodorotlenek sodu jak i wodorotlenek potasu należy przechowywać w warunkach wykluczających kontakt z wilgocią i dwutlenkiem węgla , najlepiej w atmosferze obojętnego gazu.

Kwas siarkowy (H₂SO₄)

Do procesu metanolizy, a dokładniej do wykwaszania soli potasowych lub sodowych kwasów tłuszczowych, najkorzystniej jest dozować kwas o stężeniu minimum 96%, zgodny z normą PN−76/C−84051.

Kwas fosforowy (H₃PO₄)

Jest używany do wykwaszania mydeł potasowych lub sodowych. Norma PN-97/C-84034 dzieli kwas ortofosforowy na bezarsenowy A (zawartość arsenu poniżej 1 ppm) i techniczny T. Zawartość arsenu w kwasie jest ważna, ponieważ decyduje o zawartości tegoż pierwiastka w glicerynie.

Kwas solny (HCl)

Według PN−91/C−84046 kwas solny stężony zawiera około 37% chlorowodoru. Jego wadą przy stosowaniu do wykwaszania mydeł jest to, że powoduje rozcieńczenie fazy glicerynowej.

Ziemia okrzemkowa i ziemie bielące

Ziemia okrzemkowa stanowi litą, miękką skałę złożoną ze szkieletów pierwotniaków zwanych okrzemkami. Znajduje szerokie zastosowanie jako materiał filtracyjny i adsorbent.

Ziemia bieląca - to inaczej ziemia fulerska lub bentonitowa. Główny składnik to uwodniony glinokrzemian. Zdolność usuwania barwników chlorofilowych, policyklicznych węglowodorów aromatycznych oraz zanieczyszczeń sprawiła, że znalazły zastosowanie do bielenia olejów.

Przygotowanie mieszaniny składającej się z metanolu i katalizatora (wodorotlenku potasu lub sodu)

Metanol stosowany jest w nadmiarze: na 1 mol oleju potrzeba 3 mole metanolu i katalizatora

Przemiany estrowe oleju rzepakowego

Wytwarzanie estrów z olejów lub tłuszczy przez transestryfikację znane jest już od początku XX wieku. Zachodzi ono w obecności katalizatora zasadowego (bądź kwaśnego - H₂PO₄), którym najczęściej jest zasada sodowa lub potasowa.

Rysunek 2.8 przedstawia schematycznie reakcję alkoholizy (matanolizy) oleju rzepakowego.

Źródło: www.e-petrol.pl

Rys. 2.8. Metoda otrzymywania estrów metylowych

Pojedyncza cząsteczka, która wchodzi w reakcję z alkoholem jest pokazana na rysunku 2.9.

Źródło: www.eere.energy.gov

Rys. 2.9. Cząsteczka oleju glicerynowego

Olej rzepakowy, który jest wykorzystywany do produkcji biopaliwa musi spełniać odpowiednie parametry zarówno chemiczne jak i fizyczne.

Poniższa tabela 2.7 przedstawia podstawowe wymagane parametry.

Tabela 2.7. Parametry oleju rzepakowego przeznaczonego do transestryfikacji

Parametr	Wartość
Gęstość	0,909-0,920 g/cm^3 przy 15ºC
Zawartość fosforu	maksimum 50 ppm
Liczba kwasowa	0,5−1,0
Zawartość WKT	0,2−0,5%
Zawartość wody	nie więcej niż 0,5%
Zawartość triacylogliceroli	96−98%
Zawartość kwasu linolenowego	nie więcej niż 12%

Źródło: Podkówka W., 2004

Podstawową jednostką procesową w każdym zakładzie produkującym RME jest właśnie transestryfikacja oleju rzepakowego. Reakcje chemiczne, które tam zachodzą decydują bowiem o jakości produktu finalnego, jakim jest biopaliwo. Kinetyka procesu reakcji zależy od surowców użytych do produkcji oraz zapewnienia optymalnych parametrów: temperatury i ciśnienia.

Reakcja oleju rzepakowego z metanolem i wodorotlenkiem potasu daje w efekcie dwie, różniące się właściwościami fizycznymi i chemicznymi rozdzielające się fazy. Górna to paliwowa - czyli estry metylowe kwasów tłuszczowych, natomiast dolna to faza glicerynowa. Oprócz tego w każdej z faz występują surowce niepełnego przeestryfikownia: mono− i diacyloglicerole, produkty hydrolizy kwasów, sole kwasów tłuszczowych − mydła, fosfolipidy i inne.

Wszystkie procesy jakie zostały do tej pory opracowane, różnią się głównie warunkami zachodzenia reakcji transestryfikacji, rodzajem katalizatora oraz jakością wykorzystywanego oleju. Klasa oleju ma zasadniczy wpływ na warunki, jakie muszą być spełnione, aby zachodząca reakcja chemiczna charakteryzowała się oczekiwaną wydajnością. Wydajność procesu kształtuje się na poziomie 85−99% przetworzonego oleju, co oznacza, że z 1 kg oleju uzyskuje się od 0,850 do 0,990 kg RME. Przykładowy schemat instalacji do przeprowadzenia reakcji estryfikacji jest zobrazowany na rysunku 2.10.

Źródło: Podkówka W., 2004

Rys. 2.10. Schemat ideowy instalacji estryfikacji i uzdatniania fazy glicerynowej wg technologii polskiej

Aby dobrać odpowiednie warunki reakcji, konieczna jest znajomość składu oleju przeznaczonego do transestryfikacji. Przeprowadzając taką reakcję bezpośrednio na zmacerowanych (roztartych) nasionach roślin oleistych eliminuje się konieczność użycia gotowego oleju, co pozwala ograniczyć koszty całego procesu.

Okazuje się że reakcja prowadzona „in situ”, czyli bezpośrednio na zmacerowanych nasionach, jakościowo nie odbiega od transestryfikacji oleju ekstrahowanego (w przedstawionym na rysunku 2.11 przypadku − hexanem).

Źródło: www.e-petrol.pl

Rys. 2.11. Reakcje przeprowadzone na nasionach rzepaku

Porównanie ilości estrów (palm, stear, olein, linol) dowodzi ponadto, że wykorzystanie zmacerowanych nasion jest wydajniejsze od transestryfikacji oleju. Transestryfikacja olejów przepracowanych pozwala na uzyskiwanie ekologicznego źródła energii i ochronę środowiska. W związku z tym, że olej taki zawiera wiele substancji stałych, konieczne jest wcześniejsze poddanie go filtracji, aby usunąć z niego substancje stałe. Sama reakcja na oleju przepracowanym niewiele się różni od reakcji na czystym oleju.

Rozdzielenie powstałych faz za pomocą dekantacji

Polega to na rozdzieleniu się składników z uwagi na wyraźne różnice w gęstości dwóch nie mieszających się faz. Estry metylowe są lżejszą frakcją i dlatego znajdują się w warstwie górnej. Warstwa dolna to cięższa glicerynowa. W ten łatwy sposób następuje oddzielenie estrów metylowych od fazy glicerynowej. Jeżeli proces estryfikacji był jednostopniowy, to należy się spodziewać stopnia przereagowania na poziomie 93−94%. W celu uzyskania wyższego stopnia przeestryfikowania stosuje się w praktyce drugi, a nawet trzeci proces estryfikacji. Polega to na ponownym dodaniu metanolu z rozpuszczonym katalizatorem do otrzymanych po pierwszej lub drugiej metanolizie estrów metylowych kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego. Wynikiem tego może być stopień przeestryfikowania 98%. Dalsze etapy rozdziału to:

• Płukanie fazy paliwowej wodą lub parą wodną,

• Oddzielenie nadmiaru metanolu poprzez destylację,

• Odwirowanie estrów w celu wyeliminowania zawiesin i wody,

• Przetransportowanie estrów metylowych do dystrybutora,

• Zebranie fazy glicerynowej do ekokontenera do dalszego zagospodarowania.

Na rysunku 2.12 przedstawiona jest kolumna do reestryfikacji olejów roślinnych i tłuszczów zwierzęcych w obecności katalizatora.

Źródło: www.elektroplast.waw.pl

Rys. 2.12. kolumna do reestryfikacji olejów roślinnych

Kolumny estryfikacyjne produkowane są w trzech wielkościach:

W − 200l/h, W − 400 l/h, W − 600 l/h.

1. Technologia

Do otrzymania estrów metylowych kwasów tłuszczowych w procesie transestryfikacji triglicerydów metanolem i katalizatorem stosowane są różne technologie.

Technologie proponowane na rynkach światowych nie różnią się znacznie od siebie. Jedynymi różnicami jakie są zauważalne, to częściowe zmiany kolejności procesów jednostkowych np. przeprowadza się wstępne oczyszczanie oleju (tzw. odśluzowywanie), które najczęściej polega na zadaniu oleju przegrzaną parą pod wysokim ciśnieniem. Proces taki jest niestety bardzo energochłonny. Z punktu widzenia ekonomii procesowej powinien zostać zastąpiony inną, równie skuteczną, metodą, bądź wyeliminowany. Jego brak powoduje, że produkt ma mniejszą czystość, w efekcie należy poddać go filtrowaniu (można zastosować proces destylacji, jest on jednak równie energochłonny). Kolejną różnicą jest wysokość temperatury przeprowadzania procesu. Im niższa temperatura, tym niższe jest zużycie energii, ty samym koszty są mniejsze. Obecnie w Polsce są stosowane procesy, które nie wymagają podgrzewania mieszaniny reakcyjnej, co za tym idzie, produkt staje się tańszy i bardziej konkurencyjny na wolnym rynku. Pozostałe procesy tj. odparowanie alkoholu, filtrowanie, przepompowywanie, homogenizowanie całej mieszaniny reakcyjnej, także mogą się różnić w różnych technologiach otrzymywania paliw, co również może wpływać na zmniejszenie bądź zwiększenie kosztów produkcji. Na rysunku 2.13 pokazano schemat technologii produkcji biodiesla.

Transestryfikacja oleju rzepakowego jest prowadzona w linii technologicznej, której poszczególne etapy są realizowane przez odpowiednie maszyny i urządzenia. Liczba zamontowanych maszyn i urządzeń jest ściśle związana z przyjęta technologią. W wypadku produkcji RME w pełnym cyklu, czyli od pozyskania oleju z nasion do dystrybucji paliwa, oczyszczanie fazy glicerynowej i zagospodarowanie wytłoków - liczba maszyn będzie znacznie większa niż w przypadku ograniczenia produkcji tylko do etapu transestryfikacji oleju zakupionego oraz pomijając uzdatnianie fazy glicerynowej.

Źródło: www.testmer.com.pl

Rys. 2.13. Schemat technologii produkcji biodiesla

Technologie produkcji możemy podzielić na periodyczne i ciągłe.

Technologia okresowa

Proces jest prowadzony w temperaturze otoczenia i bezciśnieniowo lub w temperaturze podwyższonej, zbliżonej do temperatury wrzenia metanolu. Jego schemat pokazano na rysunku 2.14.

Źródło: Cvengros J. I inni, 1999

Rys. 2.14. Schemat otrzymywania estrów metylowych oleju rzepakowego metodą okresową

W tym okresowym procesie, nasiona rzepaku są tłoczone bez podgrzewania i bez wstępnej obróbki - czego efektem jest odzysk oleju na poziomie około 83%, natomiast w wytłokach pozostaje 13% oleju. Wydajność tłoczenia to uzysk 340 kg oleju z 1000 kg nasion rzepaku. Stosuje się prasy o małej pojemności, do pracy w temperaturze poniżej 70°C oraz tłocznie o wydajności 60 - 100 kg nasion na godzinę. Przed rozpoczęciem tłoczenia głowice nagrzewa się do temperatury 65 − 70°C, aby ułatwić przejście placka filtracyjnego.

Proces transestryfikacji jest prowadzony dwustopniowo w reaktorze o pojemności 1,3 m­­³, w temperaturze 60 − 70°C, stosując jako katalizator NaOH. Po reakcji nadmiar metanolu usuwano przez przedmuchiwanie powietrzem i oddzielano fazę glicerynową. Fazę estrową wykwaszano kwasem fosforowym usuwając z niej mydła potasowe i resztki katalizatora. Powstałe w ten sposób w estrach wolne kwasy tłuszczowe, neutralizowane wodorotlenkiem amonu, a otrzymane mydła amonowe pozostawiano w estrach. Z fazy glicerynowej po usunięciu metanolu wykwaszano mydła do WKT i po ich oddzieleniu otrzymywano surową glicerynę.

Technologia ciągła

Technologie o pracy ciągłej mogą byś prowadzone w:

• temperaturze zbliżonej do temperatury wrzenia metanolu, bezciśnieniowo,

• temperaturze do 100°C pod ciśnieniem 0,3−0,4 MPa,

• temperaturze powyżej 200°C pod ciśnieniem 3,9−4,9 MPa.

Metanoliza prowadzona w sposób ciągły jest interesująca zarówno ze względów ekonomicznych jak i z uwagi na jakość otrzymywanych produktów. Istnieje wiele instalacji pracujących w ten sposób - kilka z nich przedstawie na schematach.

Instalacja transestryfikacji oleju firmy Henkel składa się z reaktora rurowego i z odstawianiem frakcji glicerynowej po każdym stopniu - rysunek 2.15.

Źródło: Podkówka W., 2004

Rys. 2.15. Schemat instalacji transestryfikacji olejów i tłuszczów (część reakcyjna)

Odkwaszony i odszlamiony olej tłuszczowy w mieszalniku statycznym jest łączony z alkoholem. Przed wejściem do odstojnika jest traktowany strumieniem katalizatora i tak „skonstruowana” mieszanina reakcyjna przechodzi przez złoże, które stanowi włókno wspomagające koalescencję rozdzielanych cieczy. Reakcja metanolizy zachodzi w temperaturze do 100 ºC przy ciśnieniu 10 barów, katalizatorem jest NaOH w ilości 0,25%.

W instalacji firmy Lurgi przedstawionej na rysunku 2.16 reakcja metanolizy prowadzona jest dwustopniowo.

Źródło: Podkówka W., 2004

Rys. 2.16. Schemat instalacji do estryfikacji ciągłej firmy Lurgi

Do tego procesu również stosuje się odszlamowany i odkwaszony olej. Katalizatorem jest NaOH. Proces jest prowadzony w temperaturze do 100°C. Mieszanina poreakcyjna po I stopniu przechodzi do separatora, skąd część estrowa kierowana jest na II stopień, a faza glicerynowa na kolumnę do odpędzenia metanolu. Po II stopniu mieszanina trafia do separatora, skąd faza glicerynowa zawracana jest na I stopień metanolizy, a część estrowa na wirówkę. Po odwirowaniu estry są suszone na kolumnie, a część glicerynowa podawana na kolumnę w celu oddestylowania metanolu.

Na rysunku 2.17 przedstawiono schemat instalacji do transestryfikacji olejów roślinnych i kwasów porafinacyjnych prowadzonych technologią IChP (Instytutu Chemii Przemysłowej) [Podkówka W., 2004].

Reakcję prowadzi się dwustopniowo (lub więcej) w reaktorach rurowych w przeciwprądzie, tzn. od góry podaje się olej (lub kwasy porafinacyjne), a od dołu przegrzane pary metanolu, przy czym ilość metanolu w I stopniu jest dwukrotnie wyższa niż w stopniu II. Reakcja zachodzi przy kwaśnym katalizatorze − kwasie siarkowym, w temperaturze 90 − 120°C. Surowiec tłuszczowy może zawierać dowolną ilość wolnych kwasów tłuszczowych.

Źródło: Podkówka W., 2004

Rys. 2.17. Schemat instalacji transestryfikacji substancji tłuszczowych o wysokiej zawartości WKT według technologii IChP

Wielostopniową reakcję transestryfikacji zapewnia technologia według Connemanna, której schemat jest pokazany na rysunku 2.18.

Źródło: Podkówka W., 2004

Rys. 2.18. Schemat instalacji oleju rzepakowego według Connemanna

Olej wymieszany z metanolem i katalizatorem (NaOH) w mieszalniku statycznym lub dynamicznym podawany jest na górę reaktora rurowego z szybkością mniejszą niż szybkość opadania cząstek wydzielanej gliceryny. Gliceryna odbierana jest z dolnej części reaktora, a mieszanina reakcyjna przechodzi dalej do reaktora z mieszadłem, gdzie nasyępuje dalsza Transestryfikacja. Powielanie takiego układu jest uzależnione od potrzeb. Z mieszaniny reakcyjnej, pomiędzy stopniami, usuwana jest gliceryna przez ochłodzenie do 20 - 40°C lub w temperaturze 70 − 90°C przez częściowe odmycie roztworem ekstrakcyjnym, co powoduje przesunięcie równowagi reakcji na korzyść produktów.

1. Technologia a skala produkcji

Dostępne technologie są podstawą do sporządzenia klasyfikacji skali produkcji biodiesela. Jest ona określana przy dobrym rozeznaniu rynkowym dotyczącym podaży nasion rzepaku, zbytu na biopaliwo, wytłoki oraz zagospodarowanie fazy glicerynowej. W tabeli 2.8 podano podział instalacji produkującym RME z uwzględnieniem ich wydajności, zaś w tabeli 2.9 zapotrzebowanie na rzepak lub olej - w zależności od wielkości instalacji.

Tabela 2.8. Skala produkcji RME w zależności od wielkości instalacji

Nazwa instalacji	Wydajność RME [t]
		godzinowa	dobowa	roczna
Gospodarcza	0,040	1,00	300
Mała	0,694	16,66	5 000
Duża	2,770	66,66	20 000
Przemysłowa	13,880	333,33	100 000

Źródło: Bocheński C.I, 2003

W obliczeniach przyjęto 360 dni pracy w roku i 24 godziny na dobę.

Tabela 2.9. Zapotrzebowanie na rzepak lub olej w zależności od instalacji

Nazwa instalacji	Zapotrzebowanie [t]
		godzinowe		dobowe		roczne
		rzepak	olej	rzepak	olej	rzepak	olej
Gospodarcza	0,13	0,042	3,12	1,03	930,0	302,4
Mała	2,19	0,771	52,56	18,57	15 768,0	5 550,0
Duża	8,73	3,080	209,52	73,92	62 856,0	22 126,0
przemysłowa	43,72	15,430	1 049,28	370,32	314 798,4	111 096,0

Źródło: Grzybek, 2003

Skala gospodarcza

Paliwo produkowane w skali gospodarczej jest wykorzystywane przez producentów nasion rzepaku, czyli rolników. Więc jest to cykl zamknięty. Jednym z przykładów takiej instalacji może być technologia opracowana przez Przemysłowy Instytut maszyn Rolniczych w Poznaniu - PIMR. Już od 1994 roku są ta prowadzone prace nad zastosowaniem biopaliwa do silników ciągników rolniczych. PIMR. Naukowcy twierdzą, że produkcja paliwa ciągnikowego na własne potrzeby może być łatwa, opłacalna ekonomicznie i rzecz jasna przyjazna dla środowiska naturalnego. Przyswajając niezbędną wiedzę oraz posiadając odpowiednie urządzenia można produkować paliwo do zasilania każdego silnika wysokoprężnego z wyhodowanych przez siebie roślin oleistych.

PIMR wykonał i przebadał mini wytwórnię do produkcji paliwa ciągnikowego z oleju rzepakowego, którego uproszczony schemat i zdjęcie przedstawiono na rysunku 2.19. Mini wytwórnia ta jest przeznaczona do wytwarzania paliwa rzepakowego (biodiesla) w zakładach o charakterze usługowo-przetwórczym tzw. "agrorafineriach". Mini wytwórnia jest adresowana do wiejskich indywidualnych producentów tego paliwa. Zaleca się by mini wytwórnie były lokalizowane w pobliżu lokalnych, rzemieślniczych tłoczni oleju rzepakowego wytwarzających podstawowy surowiec do produkcji paliwa tj. surowy olej rzepakowy.

Źródło: www.kki.pl

Rys. 2.19. Schemat technologiczny produkcji paliwa rzepakowego opracowany w PIMR - Poznań oraz zdjęcie „mini-wytwórni”

Ponieważ zasada działania instalacji w skali gospodarczej - produkowanych przez inne firmy jest podobna, dlatego technologia produkcji estrów pokazana na rysunku 2.20 zostanie omówiona na przykładzie instalacji PIMR.

Źródło: Frąckowiak, 2003

Rys. 2.20. Schemat technologii produkcji RME w skali gospodarczej; 1 - zbiornik ziarna, 2 - przenośnik ślimakowy, 3 - dozownik ziarna, 4 - prasa ślimakowa, 5 - zasobnik wytłoków, 6 - zbiornik oleju, 7 - zbiornik metanolu, 8 - zbiornik gliceryny, 9 - jednostka transestryfikacyjna, 10 - prasa filtracyjna, 11 - zbiornik paliwa

Wytwarzanie biopaliwa rzepakowego odbywa się w systemie okresowym. Do podgrzanego oleju rzepakowego dodaje się metanol zmieszany z katalizatorem. Proces estryfikacji zachodzi w temperaturze około 25°C. W zbiorniku reakcyjnym następuje intensywne mieszanie pod ciśnieniem atmosferycznym. Po jego zaprzestaniu zachodzi rozwarstwienie mieszaniny. Ostatnim etapem jest filtracja estrów.

W opracowanym przez PIMR urządzeniu, proces estryfikacji paliwa rzepakowego trwa ok. 30 minut, natomiast proces sedymentacji grawitacyjnej jest procesem długotrwałym wynoszącym ok. 16 godzin. Praktyczna wydajność wynosi więc jeden zbiornik na dobę. Dla celów przeróbki oleju rzepakowego na paliwo ciągnikowe w warunkach wiejskich, optymalne pod względem ekonomicznym będą rafinerie o pojemnościach 160-400 litrów.

Na wyprodukowanie 400 dm³ paliwa zużywa się 470 dm³ oleju rzepakowego, 70 dm³ metanolu i 8 kg katalizatora. Wydajność instalacji wynosi 85% − więc to niska efektywność.

Należy pamiętać, że jakość tak wytworzonego paliwa nie spełnia norm europejskich i jest przeznaczone do silników w ciągnikach i maszynach rolniczych, gdzie z kolei mogą być stosowane bez żadnych dodatków i w dowolnych mieszankach z olejem napędowym.

Dowodem na to, że rolnicy interesują się wyrobem własnego paliwa jest przykład instalacji (rys. 2.21) wykonanej „we własnym zakresie” w garażu jednego z rolników.

Źródło: www.biopaliwa.pl

Rys. 2.21. Instalacja do estryfikacji oleju roślinnego zbudowana przez jednego z rolników

Koszt zmontowania instalacji do estryfikacji oleju roślinnego metanolem „we własnym zakresie” wyniósł 3000 zł.

Poniższe rysunki (rys. 2.22, 2.23, 2.24, 2.25, 2.26, 2.27, 2.28, 2.29) obrazują kolejne etapy produkcji biopaliwa.

Źródło: www.biopaliwa.pl

Rys. 2.22. Widok pracującej prasy dwuślimakowej do tłoczenia oleju

Źródło: www.biopaliwa.pl

Rys. 2.23. Reaktor podłączony do ostojnika zrobionego z palety pojemnikowej

Źródło: www.biopaliwa.pl

Rys. 2.24. Reaktor mieszaniny katalitycznej (zrobiony z hydroforu) wraz ze sprężarką

Źródło: www.biopaliwa.pl

Rys. 2.25. Reaktor chemiczny, następnie mieszalnik katalityczny i sprężarka powietrza, za pomocą której wtłaczane jest powietrze do mieszalnika

Źródło: www.biopaliwa.pl

Rys. 2.26. Wszystkie niezbędne podzespoły wykorzystane do produkcji biopaliwa

Źródło: www.biopaliwa.pl

Rys. 2.27. Widok zmontowanego i gotowego do pracy całego urządzenia do produkcji biopaliwa

Źródło: www.biopaliwa.pl

Rys. 2.28. Widok ogólny całej instalacji do produkcji biopaliwa rozłożonej w garażu właściciela

Źródło: www.biopaliwa.pl

Rys. 2.29. Podręczna pompa

do przepompowywania płynów produkcyjnych

Skala mała

Instalacja mogąca służyć przykładem małej skali jest zlokalizowana w Stacji Badawczej Mochełek, należącej do Akademii Techniczno - Rolniczej w Bydgoszczy. Jest to pierwszy polski zakład wybudowany w 1997 roku, produkujący estry metylowe kwasów oleju rzepakowego[Podkówka W., 2004].

Proces technologiczny zaczynał się od stacji magazynowania nasion rzepaku do dystrybucji paliwa, bez zagospodarowania fazy glicerynowej. Technologię produkcji RME w Agrorafinerii Mochołek przedstawiono na rysunku 2.30.

Źródło: Grzybek i inni, 1997

Rys. 2.30. Schemat technologiczny produkcji biopaliwa z oleju rzepakowego w Agrorafinerii Mochełek; 1 - nasiona rzepaku, 2 - zbiornik operacyjny, 3 - zespół przenośników transportowych do i ze zbiorników, 4 - magnetyczny chwytacz zanieczyszczeń, 5 - separator sitowy, 6 - podajnik wstępny, 7 - prasa główna, 8 - zasobnik wytłoków, 9 - odbiór wytłoków, 10 - operacyjny zbiornik oleju, 11 - filtr oleju, 12 - odbieralnik, 13 - zespół pompy próżniowej, 14 - zbiornik magazynowy oleju, 15 - reaktor-estryfikator, 16 - odstojnik, 17 - zbiornik frakcji glicerynowej, 18 - zbiornik wody po przemywaniu, 19 - dopływ ciepłej wody do przemywania, 20 - doprowadzenie katalizatora, 21 - zbiornik i układ doprowadzania metanolu, 22 - adsorber, 23 - doprowadzenie adsorbentu, 24 - wirówka ciągła do oddzielania adsorbentu, 25 - zbiornik magazynowy biopaliwa z rzepaku, 26 - dystrybutor

Zespół przenośników podaje nasiona rzepaku ze zbiornika operacyjnego, przez chwytacz magnetyczny oraz separator bębnowy do ślimakowej prasy tłoczącej. Po wytłoczeniu oleju uzyskuje się wytłoki , które dalej są kierowane do zasobnika, a olej po filtracji trafia do zbiornika magazynowego. W reaktorze następuje mieszanie oleju rzepakowego z wcześniej przygotowaną mieszaniną metanolu i katalizatora. Dalej ciecz jest przesyłana do odstojnika, gdzie następuje wyraźne rozdzielenie na dwie fazy: górną estrową i dolną glicerynową. Faza glicerynowa jest spuszczana do oddzielnego zbiornika, a faza paliwowa przeprowadzana do myjki wodnej w celu usunięcia mydeł. Po wypłukaniu do paliwa jest dodawany adsorbent, który ma za zadanie pochłonąć wodę. Później paliwo kierowane jest jeszcze do wirówki i do zbiornika magazynowego. Stosując olej częściowo rafinowany możną w tej instalacji uzyskać wydajność powyżej 90%.

Skala duża i przemysłowa

Produkcja w tej skali jest najczęściej procesem ciągłym oraz w pełni zaumatyzowanym. Technologie te charakteryzują się również zamkniętym obiegiem materiałów, a w szczególności metanolu i nie przereagowanych pozostałości fazy paliwowej i glicerynowej oraz wody. Na rysunku 2.31 przedstawiono przykładowy schemat technologii produkcji biodiesla.

Źródło: www.e-petrol.pl

Rys. 2.31. Schemat technologii produkcji biodiesla

Po przeprowadzeniu estryfikacji woda technologiczna zawiera mydła potasowe, metanol, kwasy i inne substancje. Po odzyskaniu metanolu i kwasów tłuszczowych woda powinna wrócić do obiegu. W przypadku wypuszczania jej do sieci kanalizacyjnej wymaga wstępnego oczyszczenia.

Proces estryfikacji jest prowadzony w temperaturze 60−100°C pod zwiększonym ciśnieniem i zachodzi w czasie od 6 do 28 minut. Instalacja charakteryzuje się wysoką wydajnością: 96,4% przetworzonego oleju, a uzyskane estry metylowe kwasów tłuszczowych wysokim stopniem czystości: 99,3%.

Do produkcji RME w skali przemysłowej niezbędne są urządzenia:

• urządzenie do odzyskania metanolu,

• urządzenie do uzdatniania i uszlachetniania fazy glicerynowej,

• urządzenie do uzdatniania wody technologicznej,

a także:

• woda gorąca o temperaturze 80°C lub para nasycona o temperaturze160°C,

• sprężone powietrze o ciśnieniu około 1 MPa,

• sprężony azot o ciśnieniu około 1 MPa.

Aby obniżyć koszty eksploatacyjne, należy prowadzić racjonalną gospodarkę energią cieplną, wykorzystując na potrzeby bieżące własne źródła energii. Część zakładu, w której jest prowadzony proces estryfikacji powinna być skorelowana z olejarnią oraz z procesem uzdatniania gliceryny. Istotne znaczenie ma również zużycie jednostkowe materiałów i surowców na wyprodukowanie 1 dm³ RME. Zużycie jednostkowe surowców pomocniczych, czyli metanolu i katalizatora (np. KOH), niezależnie od skali produkcji jest zbliżone, jednak istotne znaczenie ma jakość oleju rzepakowego, dlatego w celu zwiększenia wydajności do instalacji w skali przemysłowej podaje się olej rafinowany. W przypadku, gdy olej jest mniej doczyszczony, wydajność procesu jest niższa i kształtuje się na poziomie 86%, przez co koszty procesu estryfikacji są większe. Wskazuje to na wniosek, że produkcja w przemysłowej skali jest tańsza niż w pozostałych dwóch, a zważając na fakt jakości używanego oleju, paliwo takie będzie się charakteryzować dobrą jakością i będzie spełniać wymagania normy [Grzybek, 2003].

Najczęściej stosowanymi w praktyce technologiami są:

• zimna

proces transestryfikacji prowadzony jest w temperaturze 20−70°C z udziałem katalizatora alkalicznego;

• gorąca

wymaga prowadzenia reakcji w temperaturze 200°C i przy ciśnieniu około 10 MPa. Ta technologia wymaga dostępu do źródła taniej energii cieplnej, zużycia większej ilości metanolu, który musi być oddestylowany i ponownie skierowany do procesu.

1. Podstawowe właściwości użytkowe estrów metylowych oleju rzepakowego

Zawartość siarki

RME jest paliwem o ultra niskim poziomie siarki; praktycznie jest paliwem o zerowej zawartości siarki. Może być zatem stosowany do nowoczesnych silników wyposażonych w zaawansowane technologicznie układy obróbki spalin.

Eksploatacja

RME w porównaniu z niskosiarkowym olejem napędowym umożliwia uzyskanie podobnej sprawności i podobnych osiągów silnika w zakresie mocy i momentu bez większych modyfikacji silnika i infrastruktury.

Moc

RME pozwala na osiągnięcie podobnej mocy silnika jak przy zasilaniu olejem napędowym. Zaletą RME jest możliwość zasilania nim współczesnych silników i układów wtryskowych z niewielkim wpływem na osiągi silnika. Charakteryzuje się on wyższą liczbą cetanową niż olej napędowy. Duża zdolność do samozapłonu wpływa na spokojniejszy przebieg spalania paliwa w komorze silnika, przez co silnik pracuje równo i cicho. Paliwo to ulega również pełniejszemu spaleniu, co oznacza w zasadzie większą sprawność silnika. Biodiesel charakteryzuje się na niższą wartość opałową. Zjawisko to ma miejsce na wskutek zawartości atomów tlenu w biopaliwie. Należy więc spodziewać się zwiększonego o około 5 -10 % zużycia paliwa w silnikach, gdzie nie zostały dokonane zmiany regulacyjne. Dopasowanie bowiem nastaw silnika (np. kąta wyprzedzenia wtrysku) do rodzaju paliwa powoduje, że mniejsza wartość opałowa paliwa jest kompensowana zwiększeniem sprawności jego spalania, tak, że w warunkach eksploatacji naturalnej nie będzie obserwowane objętościowe zwiększenie zużycia paliwa. Różnice w wartościach liczby cetanowej i wartości opałowej są pokazane w tabeli 2.10.

Tabela 2.10. Liczba cetanowa i wartość opałowa paliwa rzepakowego i oleju napędowego

Parametr	Paliwo rzepakowe	Olej napędowy
Liczba cetanowa	56	50
Wartość opałowa kJ/kg kJ/dm^3	37 000−39 000 33 200−34 320	42 800 35 950

Źródło: www.gigawat.net.pl

Smarność

Właściwości smarne RME są zdecydowanie lepsze niż niskosiarkowych bazowych olejów napędowych. Odsiarczanie mineralnych olejów napędowych powoduje usunięcie naturalnych komponentów smarnościowych, co drastycznie pogarsza poziom właściwości smarnych tych paliw i wymaga stosowania syntetycznych dodatków smarnościowych, które zabezpieczają elementy aparatury wtryskowej przed nadmiernym zużyciem. RME pomimo, że nie zawiera siarki, ze względu na budowę chemiczną i zawartość tlenu charakteryzuje się szczególnie dobrymi właściwościami smarnymi.

Do oceny właściwości smarnych paliwa stosowanych jest wiele testów. Jednym z najpopularniejszych jest tzw. test HFRR (High Frequency Reciprocating Rig) według metody badawczej CEC F-06-A96 (Co-ordinating European Council for the Development of Performance Tests for Transportation Fuels, Lubricants and Other Fluids − Europejska Rada Koordynacyjna d/s Rozwoju Metod Badań Paliw, Smarów i Cieczy Eksploatacyjnych dla Środków Transportu).

Test polega na wzbudzaniu z dużą częstotliwością poziomych drgań stalowej, obciążonej od góry, kulki o średnicy 6 mm na nieruchomej stalowej płytce zanurzonej w badanym paliwie. Po zakończeniu badania dokonuje się pomiaru średnicy skazy powstałej na kulce. Miarą właściwości smarnych paliwa jest średnica tego śladu zużycia, tym większa im gorsze właściwości smarne posiada paliwo [Sitnik L., 2004].

Na rysunku 2.32 pokazano wpływ RME, dodawanego do prawie bezsiarkowego szwedzkiego oleju napędowego City − Diesel MK1, na właściwości smarne tego paliwa. Dodanie zaledwie 1% RME tak poprawia właściwości smarne paliwa, że wymagana przez europejską normę EN 590, 1999 oraz producentów samochodów wartość graniczna 460 µm spełniona jest z dużym zapasem.

Źródło: www.biodiesel.pl

Rys. 2.32. Właściwości smarne w teście HFRR

Wynikiem procedury badawczej HFRR podczas zwiększania udziału RME w mieszaninie z olejem napędowym smarność gwałtownie zwiększa się, a następnie stabilizuje się na pewnym poziomie i niewiele zmienia się nawet wówczas, gdy badany jest czysty ester.

Innym testem jest test U.S. Army's - Scuffing Load BOCLE (Ball-On-Cylinder Lubricity Evaluator) - zmodyfikowany przez Instytut Badawczy SWRI San Antonio, w którym miarą smarności paliwa jest najwyższe obciążenie niezacierające. W teście SL BOCLE wartością graniczną jest minimalna wartość obciążenia kulki na poziomie 3000 g [Sitnik L., 2004].

Poniżej na rysunku 2.33 przedstawiono względne zmiany właściwości smarnych różnych mieszanin paliw.

Źródło: L.J. Sitnik, 2004

Rys. 2.33. Smarność oleju napędowego i mieszanin z biopaliwem określona metodą SL BOCLE

Wyniki pomiarów wykazują, że smarność oleju napędowego jest za niska w stosunku do wymagań normy (obciążenie do zatarcia wyznaczono na poziomie 2800 g, a zgodnie z normą powinno być co najmniej 3000 g). Smarność według tej procedury proporcjonalnie wzrasta w miarę zwiększania udziału estru w mieszaninie z olejem napędowym, a maksimum uzyskuje w czystym estrze metylowym.

Kompatybilność z elementami silnika

Generalnie RME może powodować zmiękczenie i degradację pewnych typów elastomerów i naturalnej gumy. Stosowanie mieszanki oleju napędowego o wysokiej zawartości RME może wpływać na właściwości elementów układu paliwowego (przede wszystkim przewody i uszczelnienia pomp) niekompatybilne z RME. Działanie rozpuszczające wobec niektórych materiałów uszczelniających i lakierów nie jest problemem w pojazdach nowych, gdzie fabrycznie wprowadzono już elementy odporne na działanie paliwa rzepakowego.

Emisja

Silniki zasilane RME lub mieszankami oleju napędowego z RME charakteryzują się niższą emisją cząstek stałych (PM10 − cząstki stałe, których gabaryty dają się wpisać w kulę o maksymalnej średnicy 10 mikronów), węglowodorów (NMHC − suma węglowodorów z wyłączeniem metanu) oraz tlenku węgla (CO). Niestety, spaliny mogą jednak wykazywać nieco wyższą zawartość tlenków azotu (NOx), co pokazane jest na rysunku 2.34.

Źródło: L.J. Sitnik, 2004

Rys. 2.34. Zmiana emisji składników spalin silnika przy zasilaniu go estrem metylowym w odniesieniu do emisji przy zasilaniu silnika olejem napędowym

2. Zagospodarowanie produktów ubocznych uzyskanych w procesie odolejania i estryfikacji

W tym rozdziale przedstawiono bilans przetwórstwa produktów ubocznych powstałych przy produkcji biodiesla.

1. Słoma

Jest pozyskiwana przy zbiorze nasion rzepaku. Do niedawna jej tradycyjnym wykorzystaniem była produkcja obornika lub służyła do przyorania jako nawóz organiczny. Oprócz tego, należy zauważyć, że jest ona dobrym surowcem energetycznym i może być wykorzystana w lokalnych kotłowniach wiejskich. Wartość opałowa słomy wynosi około 13 MJ/kg, co wskazuje, że 1,6 tony słomy rzepakowej równa się 1,0 tonie węgla kamiennego średniej jakości. Wytworzona biomasa (słoma i ewentualne wytłoki) może po wymieszaniu i zbrykietowaniu być wykorzystywana jako paliwo w Bio-Elektrociepłowni.

2. Wytłoki i śruta poekstrakcyjna

W procesie odolejania nasion rzepaku, w zależności od zastosowanej technologii, uzyskuje się wytłoki, często niepoprawnie zwane makuchem lub śrutę poekstrakcyjną.

Wytłoki otrzymuje się przy użyciu prasy ślimakowej przy ciągłym tłoczeniu rozdrobnionych i lekko podgrzanych nasion. Mają one kształt płatków o grubości 1−3 mm i zawierają od 7 do 20% oleju resztkowego.

Makuchy powstają przy tłoczeniu za pomocą prasy hydraulicznej nasion już drobno zmielonych i wstępnie podgrzanych. Po przeróbce otrzymuje się twarde okrągłe lub prostokątne tafle. Olej resztkowy występuje w ilościach od 8 do 14%.

Śruta poekstrakcyjne natomiast są uzyskiwane w wyniku tłoczenia i kolejno ekstrakcji oleju z wytłoków, dlatego ilości zawartego oleju są śladowe, na poziomie około 1,0−3,5%.

Odpady te stanowią wartościowe pasze białkowe dla zwierząt gospodarskich. Należy w tym miejscu podkreślić, że w nasionach rzepaku olej stanowi około 40%, pozostałe zaś 60% przypada na wytłoki lub śrutę. Pasze powstające przy produkcji oleju na cele spożywcze i energetyczne, mogą pokryć niedobory białka paszowego. Krajowa produkcja białkowych surowców paszowych nie pokrywa bowiem zapotrzebowania na nie, a ujemny bilans jest likwidowany importem śruty sojowej poekstrakcyjnej. W tabeli 2.11 przedstawiono zapotrzebowanie na białko paszowe i możliwości produkcji krajowej.

Tabela 2.11. Zapotrzebowanie na białko paszowe i możliwości produkcji krajowej

Sezon	Ogółem zapotrzebowanie [t]	Produkcja krajowa [t]	Bilans	Stopień pokrycia [%]
1990/91	490 350	481 560	− 8 790	98,2
1994/95	384 000	339 390	− 44 610	88,4
1995/96	409 150	391 770	− 17 380	95,8
1996/97	398 270	358 370	− 39 900	90,0
1997/98	419 780	370 210	− 49 570	88,2
1998/99	427 020	404 010	− 23 010	94,6
1999/00	418 650	380 970	− 37 680	91,0
2000/01	391 490	338 490	− 53 000	86,5
2001/02	394 680	331 870	− 62 810	84,1

Źródło: Raport Rolny nr 24/25 lipiec 2003

W sezonie 2001/2002 niedobory białka paszowego wynosiły około 63 000 tys. Mg. Zakładana produkcja nasion rzepaku na poziomie 300 000 tys. Mg, przy wykorzystaniu w całości w kraju na cele spożywcze i energetyczne, pozwoli na uzyskanie około 180 000 tys. ton pasz. Przyjmując zawartość białka na poziomie 35%, uzyskuje się około 63 000 tys. ton białka paszowego, co likwiduje całkowicie ujemny bilans.

Koszt produkcji 1 kg białka paszowego i 1 jednostki produkcji mleka (JPM) w paszach rzepakowych w porównaniu ze śrutą sojową poekstrakcyjną lub z nasionami roślin strączkowych jest o wiele niższy. Pasze te są szczególnie przydatne w żywieniu krów mlecznych, bydła opasowego i trzody chlewnej. Zatem prawidłowe i rozsądne zagospodarowanie wytłoków i śruty poekstrakcyjnej pozwoli na spore ograniczenie wydatków finansowych dotyczących zakupu pasz białkowych. Dane zamieszczone w tabeli 2.12 wskazują, że do wykorzystywania rzepakowych pasz (śruty i wytłoków) w żywieniu zwierząt powinien skłaniać rachunek ekonomiczny.

Tabela 2.12. Porównanie ceny 1 kg białka i 1 JPM

Pasza	Cena [zł/Mg]	Zawartość w 1 kg		Cena 1 kg białka	Cena 1 JPM
						białka [g]	JMP
Śruta sojowa poekstrakcyjna	1 010	450	0,90	2,24	1,12
Śruta rzepakowa poekstrakcyjna	550	350	0,92	1,57	0,59
Wytłoki 10%tłuszczu	500	320	1,04	1,54	0,48
Nasiona bobiku	680	210	0,99	3,23	0,68

Źródło: Raport Rolny nr 24/25 lipiec 2003

W tabeli 2.13 podano, jakie ilości poszczególnych pasz może nabyć hodowca, dysponujący kwotą 1 tys. zł. Za wymienioną kwotę może nabyć 1,0 tony śruty sojowej poekstrakcyjnej, 1,8 tony śruty rzepakowej poekstrakcyjnej lub 2,0 tony wytłoków z nasion rzepaku. Dane te jednoznacznie wskazują na celowość skarmiania tych pasz w żywieniu bydła.

Tabela 2.13. Za 1000 zł można zakupić

Pasza	Jednostka
		[Mg]	Białko [kg]	JPM
Śruta sojowa poekstrakcyjna	1,0	450	900
Śruta rzepakowa poekstrakcyjna	1,8	630	1656
Wytłoki 10%tłuszczu	2,0	648	2080
Nasiona bobiku	1,5	315	1485

Źródło: Raport Rolny nr 24/25 lipiec 2003

3. Faza glicerynowa

W procesie transestryfikacji oleju rzepakowego wodorotlenkiem potasu i metanolu, utworzona mieszanina rozdziela się na dwie fazy: estry metylowych kwasów tłuszczowych oraz faza glicerynowa. Po oczyszczeniu uzyskuje się glicerynę pochodzenia roślinnego, która jest cennym surowcem dla przemysłu chemicznego, kosmetycznego, farmaceutycznego oraz spożywczego. Schemat oczyszczania i zatężania fazy glicerynowej jest pokazany na rysunku 2.35.

Źródło: Podkówka W., 2004

Rys. 2.35. Przykładowy schemat oczyszczania i zatężania fazy glicerynowej

Gliceryna pochodzenia naturalnego z przerobu olejów i tłuszczów na oleochemikalia stanowi około 90% w jej podaży. Z uwagi na jej charakter, określany mianem „przyjazna dla środowiska”, oraz ze względu na szereg innych ciekawych właściwości jest wykorzystywana w wielu gałęziach przemysłu. W poniższej tabeli 2.14 zostały przedstawione główne kierunki zastosowania gliceryny i jej procentowy udział w poszczególnych dziedzinach.

Tabela 2.14. Kierunki zastosowania gliceryny

Kierunek zastosowania gliceryny	Udział [%]
Przemysł kosmetyczny i farmaceutyczny	28
Pochodne estrowe	13
Poliglicerole	12
Sprzedaż	14
Przemysł spożywczy	8
Żywice alkilowe	6
Powłoki celulozowe	5
Przemysł tytoniowy	3
Przemysł papierniczy	1
Inne zastosowania	10

Źródło: Podkówka W., 2004

Gliceryna jest szeroko stosowana w przemyśle spożywczym m.in. jako środek nawilżający w wyrobach piekarniczych, rozpuszczalnik barwników oraz środków smakowych i zapachowych przeznaczonych do żywności, a także jako środek słodzący. Ma właściwości wygładzające, a w procesach kandyzowania i mrożenia opóźnia krystalizację cukru. W wyrobach głęboko zmrożonych daje uczucie ciepła przy zetknięciu z ciałem. Pochodne gliceryny - poliglicerole i ich estry - stanowią ważny środek do margaryn oraz jako środki pomocnicze w agrochemii.

Właściwości nawilżające gliceryny są wykorzystywane w przemyśle tytoniowym, gdzie stosowana jest do spryskiwania liści tytoniu w celu zabezpieczenia ich kruszenia.

Pochodne gliceryny i i kwasu octowego, octany, pełnią rolę plastyfikatora w filtrach papierowych.

W przemyśle kosmetycznym stosowana jest jako środek zmiękczający, łagodzący i przeciwzapalny, rozpuszczalnik do przygotowania wyciągów, substancja pochłaniająca wilgoć, zaś w kosmetyce jako środek utrzymujący wilgoć. Pełni ważną rolę w zapobieganiu wysuszenia, zwłaszcza w preparatach kosmetycznych: maściach, kremach, logionach i w innych. Jest również składnikiem past do zębów. Pochodna glicerolu - dihydroksyaceton jest składnikiem samoopalających preparatów kosmetycznych.

Gliceryna w przemyśle farmaceutycznym pełni wiele funkcji. Pochodna kwasu azotowego pod nazwą nitrogliceryna stosowana jest jako lek nasercowy. Sama gliceryna jest składnikiem eliksirów, wyciągów alkoholowych, syropów przeciwkaszlowych, a także maści. Stosowana jest jako plastyfikator do powlekania rozpryskowego tabletek, perełek, granulek. Przy mieleniu na mokro i frakcjonowaniu sedymentacyjnym wpływa na redukcję rozmiaru cząstek farmaceutykow w postaci proszku.

Nitrogliceryna pełni również ważną rolę w sektorze wojskowym.

W przemyśle tworzyw sztucznych pochodne gliceryny stosowane są do produkcji trójfunkcyjnych polimerów, z których w reakcji z diizocyjanianami otrzymuje się pianki poliuretanowe. Z kwasami dikarboksylowymi (np. ftalowym) tworzy ważną klasę produktów zwanych żywicami alkidowymi, stosowanych w powłokach i farbach [Podkówka W., 2004].

4. Inne

Powstające w procesie metanolizy wolne kwasy tłuszczowe, mydła, jak również sole potasowe lub fosforowe stanowią natomiast cenny surowiec do dalszej przeróbki (np. sole potasowe lub fosforowe mogą być stosowane do produkcji nawozów mineralnych).

3. Produkcja RME a środowisko przyrodnicze

Wykorzystanie biopaliw produkowanych z nasion rzepaku to niewątpliwa korzyść w sferze ochrony środowiska. W porównaniu z paliwami z przerobu ropy naftowej - zastosowanie RME daje zmniejszenie emisji związków siarki i nie powoduje zwiększenia ilości CO­₂ w powietrzu, bowiem obieg tego gazu w przypadku biopaliw jest zamknięty, tzn. CO₂ powstający przy spalaniu paliwa jest pochłaniany przez rośliny, których nasiona są surowcem do produkcji tego paliwa.

Jednak po uwzględnieniu skumulowanych nakładów energii ponoszonych we wszystkich ogniwach procesu produkcji RME okazuje się, że prawie połowa korzyści wynikających ze zmniejszenia emisji CO₂ jest tracona. Rzepak w porównaniu z innymi zbożami ma spore wymagania co do nawożenia i ochrony roślin, co jest związane ze sporymi nakładami energetycznymi na produkcję środków chemicznych. Nakłady energii są też ponoszone przy wykonywaniu prac polowych i transportowych związanych z uprawą rzepaku oraz przy suszeniu, czyszczeniu i przemieszczaniu. Nie bez znaczenia jest również zużywana energia na produkcję materiałów pomocniczych niezbędnych do przeprowadzenia transestryfikacji (metanol, katalizator) oraz przy pozyskiwaniu produktów ubocznych, a więc w procesach pośrednio powiązanych z produkcją RME, w sposób przedstawiony na poniższym schemacie (rysunek 2.36).

Źródło: Podkówka W., 2004

Rys. 2.36. Schemat procesów produkcji i zastosowania oleju napędowego i RME

Ponieważ w Polsce podstawowym nośnikiem do produkcji energii elektrycznej jest węgiel, to dodatkowa potrzebna ilość energii wiąże się z dodatkową emisją CO₂ i innych niepożądanych związków chemicznych. Istnieje szansa na zmniejszenie skutków tego niekorzystnego zjawiska - przez stosowanie produktów ubocznych np. słomy do pozyskania niezbędnej energii. Jednakże wiąże się to ze wzrostem kosztów produkcji. Porównanie emisji niepożądanych substancji oraz powodowanych przez nie kosztów degradacji środowiska w przypadku stosowania RME i oleju napędowego umożliwia analiza danych zamieszczonych w tabeli 2.15.

Tabela 2.15. Porównanie wpływu RME i oleju napędowego na środowisko

Rodzaje zanieczyszczeń	Masa i koszty emisji na jednostkę objętości zużytego paliwa
		biodiesel			olej napędowy
		emisja, g/l	ECU/100l	%	emisja, g/l	ECU/100l	%
CO2	1319	4,2	3	3709	11,9	7
Cząstki	2,1	106,9	78	2,4	117,4	73
SO2	2,5	3,6	3	8,4	11,8	7
NOx	15,7	19,5	14	15,1	18,8	12
WOC	25,7	2,4	2	9,6	0,9	1
Razem	-	139,6	100	-	160,8	100

Źródło: Spirinex i inni, 2000

W tabeli tej uwzględniono sumaryczne wartości emisji w całym cyklu pozyskiwania i spalania obu rodzajów paliw, określone podczas realizacji projektu badawczego we Flamandzkim Instytucie Badań Technologicznych [Spirinex i inni, 2000]. Podstawą do oszacowania kosztów było przyjęcie negatywnego oddziaływania emitowanych materiałów na ludzkie zdrowie. W zależności od źródła skutki tego oddziaływania są szacowane w przedziałach, ECU/kg (ECU − European Currency Unit, dawna jednostka monetarna stosowana w UE, obecnie zastąpiona przez euro):

CO₂: 0,018 - 0,046,

Cząstki: 200 - 1500,

SO₂: 12 - 18,

NO_x: od 10.

Brak jest danych odnośnie emisji lotnych związków organicznych (WOC). Wyniki obliczeń przedstawione w tabeli 2.15 są oszacowane na podstawie przyjętych danych:

CO_2­ - 0,032 ECU/kg; dla cząstek - 497 ECU/kg; dla SO₂ - 14 ECU/kg; dla NO_x - 12 ECU/kg i dla WOC - 0,93 ECU/kg.

4. Trwałość uszczelnień i innych elementów elastycznych

Stosowanie FAME (Fatty Acid Methyl Esters ) nie wymaga dokonywania jakichkolwiek zmian we współczesnych silnikach o zapłonie samoczynnym. W starszych silnikach, ale wciąż jeszcze eksploatowanych, może jednak wystąpić konieczność wymiany niektórych elementów aparatury paliwowej na nowsze. Dotyczy to elementów wykonanych z gumy lub tworzyw sztucznych mających bezpośrednią styczność z FAME ( a nie np. ze spalinami pochodzącymi ze spalania FAME).

W starszych silnikach niektóre elementy układu zasilania (jak np. przewody odprowadzania nadmiaru paliwa ze wtryskiwaczy) wykonuje się z gumy. Guma ta nie jest odporna na działanie FAME - zwłaszcza w wyższej temperaturze ( np. paliwa odprowadzonego od wtryskiwaczy). Wynikiem działania FAME na gumę jest jej zmiękczenie i złuszczenie. Proces niszczenia trwa zwykle ok. pół roku, zatem po około 6−10 miesiącach może dojść do nieszczelności w układzie. Elementy nieszczelne należy wymienić na takie, które są odporne na działanie FAME, np. wykonane z tworzywa FPM ( zaleca się dokonanie tej wymiany bezpośrednio po rozpoczęciu zasilania silników FAME) [Sitnik L., 2004].

Większość uszczelnień w pompach wtryskowych jest wykonana z materiału FPM ( o nazwie VITON). Materiał ten jest odporny na działanie FAME. Jeśli uszczelnienia pomp wykonane są z innego materiału, to należy je wymienić na uszczelnienia wykonane z VITONu.

Uwzględniwszy powyższe uwagi należy w pierwszym okresie zasilania silników FAME [Sitnik L., 2004]:

• regularnie obserwować czy wszystkie elementy aparatury wtryskowej są szczelne,

• po zauważeniu zmiękczenia niektórych z nich należy wymienić je na nowe - odporne na działanie FAME,

• zamiany dokonywać po konsultacji z przedstawicielem producenta pojazdu lub silnika - najlepiej w autoryzowanym serwisie pojazdu.

FAME charakteryzuje się zdolnościami rozpuszczania różnego rodzaju złogów występujących przy zasilaniu silników mineralnym olejem napędowym. Dlatego też, po pierwszych kilku tankowaniach FAME zaleca się wymianę filtrów paliwa. Filtry paliwa powinny być wymieniane zgodnie z instrukcją podaną przez producenta pojazdu lub silnika (tak jak przy zasilaniu mineralnym olejem napędowym) [ Sitnik L., 2004].

Podsumowując, trwałość elementów, takich jak uszczelnienia, niektóre przewody paliwowe oraz lakiery samochodowe, które są narażone na kontakt z biopaliwami, jest zadawalająca pod warunkiem, że są one wykonane z odpowiednio odpornych materiałów. Biorąc pod uwagę, że są one bezsiarkowe należy spodziewać się raczej wzrostu trwałości silników.

1. Promowanie RME

Przy obecnych wysokich cenach ropy naftowej znaczenie biopaliw rośnie, ale rozwiązania racjonalizujące w zakresie pozyskiwania surowca, produkcji i dystrybucji RME wciąż nie gwarantują jego konkurencyjności w stosunku do produktów naftowych. Śledząc rysunek 2.37 widać, że działania promocyjne biopaliw niosą korzyści, takie jak: wpływ na rozwój infrastruktury wsi, ożywienie gospodarcze, zmniejszenie zagrożeń środowiska. Takie działania polegają też między innymi na udzielaniu preferencyjnych kredytów na środki niezbędne do produkcji i przerobu surowców pochodzenia rolniczego na biopaliwa, stosowaniu ulg podatkowych, wspieraniu prac badawczo-rozwojowych oraz systemów informacji i doradztwa. Zmniejszenie podatków oraz redukcja podatku akcyzowego, a także wspomniane wcześniej wydatki na kredyty oraz inne formy wsparcia są jednakże poważnym obciążeniem dla budżetu Państwa.

Źródło: Podkówka W., 2004

Rys. 2.37. Efekty promowania RME

Celem działań wspierających powinno być utworzenie krajowego rynku biopaliw płynnych, konkurencyjnego z paliwami pochodzenia mineralnego oraz przygotowanie do funkcjonowania na tworzącym się jednolitym rynku europejskim (projekt normy europejskiej,

projekt dyrektywy biopaliwowej). Kluczem do powodzenia przedsięwzięcia jest obniżenie

kosztów jednostkowych wytwarzania biopaliw.

2. Biodiesel w Polsce

Na koniec 2004 r. wpis do rejestru przedsiębiorców wytwarzających lub magazynujących biokomponenty uzyskało 2 przedsiębiorców wytwarzających i magazynujących estry. Zadeklarowana możliwość produkcji estru 119,11 mln litrów rocznie.

W 2004 roku Rafineria Trzebinia S.A. zaczęła produkować olej napędowy z domieszką biokomponentów. Tym biokomponentem jest ester metylowy oleju rzepakowego. Biodiesel jest produkowany w ilości 100 tysięcy ton. Ilość ta może być zwiększona w zależności od potrzeb do 150 tysięcy ton. Produkcja biopaliwa stała się możliwa dzięki najnowocześniejszej w Polsce kompleksowej instalacji biodiesla. Jako surowiec stosowany jest rzepak , skupowany wyłącznie od polskich rolników, co w znacznym stopniu przyczynia się do rozwoju rolnictwa.

5 lipca 2005 r. Grzegorz Ślak, Prezes Zarządu RT S.A., uruchomił pierwszy w Polsce dystrybutor oleju napędowego BIO (rysunek 2.38). „Jest to początek ekspansji polskiego biodiesla nie tylko na rynku krajowym, ale również na rynkach europejskich” - powiedział.

Źródło: www.biodiesel.pl

Rys. 2.38. Pierwszy w Polsce dystrybutor oleju napędowego z biokomponentem

Cena oleju napędowego z biokomponentem jest taka sama jak czystego oleju napędowego, co obrazuje tabela 2.16.

Tabela 2.16. Cennik paliw z dnia 06.07.2005 z Rafinerii w Trzebinii

Produkt	Jednostka	Cena netto [zł]	Cena brutto* [zł]
Benzyna bezołowiowa Eurosuper 95	m^3	3 158,00	3 852,76
Benzyna bezołowiowa Super Plus 98	m^3	3 273,00	3 993,06
Olej napędowy	m^3	2 931,00	3 575,82
Olej napędowy Bio	m^3	2 931,00	3 575,82

Źródło: www.rafineria-trzebinia.pl

* ceny brutto zawierają 22% VAT

3. BIOETANOL

Etanol, alkohol etylowy (C₂H₅OH), jest cieczą bezbarwną o bardzo charakterystycznym zapachu. Jedna z konformacji cząsteczki jest przedstawiona na rysunku 3.1.

Źródło: Lech J. Sitnik, 2004

Rys. 3.1. Budowa cząsteczki etanolu

Etanol otrzymuje się w procesie znanym od wieków. Jest to fermentacja alkoholowa glukozy - cukru, który występuje w owocach lub innych cukrów zawartych praktycznie w każdym rodzaju biomasy, ponieważ ich podstawowe składniki budulcowe - skrobia i celuloza dają się zhydrolizować do glukozy.

Fermentacja zachodzi w roztworze wodnym pod wpływem enzymów, wytwarzanych m.in. przez drożdże (w Polsce najczęściej są to drożdże szczepu Saccharomyces cerevisiae).

Równanie reakcji fermentacji można sumarycznie zapisać:

C₁₂H₂₂O₁₁ inwertaza C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆ zymaza 4C₂H₅OH + CO₂

(OH₂) (glukoza) (fruktoza)

1. Technologia produkcji

Aby wykorzystać etanol jako składnik paliwa, należy go odwodnić do zawartości wody poniżej 0,02%. Zazwyczaj uzyskuje się to jedną z trzech następujących metod:

Destylacja azeotropowa z cykloheksanem

Podczas destylacji mieszaniny: etanol-woda-cykloheksan najpierw zbierana jest mieszanina trójskładnikowa, tak długo aż cała woda zostanie usunięta. Potem destylacji ulega mieszanina dwuskładnikowa: etanol-cykloheksan. W naczyniu destylacyjnym pozostaje ostatecznie bezwodny alkohol.

Osuszanie na sitach molekularnych (MS)

Sita molekularne zbudowane są z minerałów krzemianowych i glinokrzemianowych, tzw. zeolitów. Ich krystaliczna sieć przestrzenna, utworzona przez stykające się narożami czworościany (tetraedry) SiO4, charakteryzuje się dość dużymi regularnymi lukami. Rozmiary tych luk są wystarczająco duże, aby pomieścić cząsteczki wody. Woda, znajdująca się w sieci zeolitu, nie jest związana ze struktura krystaliczna, lecz może być oddawana i pochłaniana przez sieć kryształu, nie wpływając na stan szkieletu krzemianowego.

W przypadku dwóch pierwszych metod odwadniania, czynnik odwadniający - odpowiednio - cykloheksan lub sita molekularne trzeba jednak w sposób ciągły regenerować, co podraża koszty odwadniania, powoduje okresowe różnice w jakości produktu (okresowo wzrasta zawartość wody w odwadnianym etanolu). Tych wszystkich wad pozbawiona jest technika membranowa stosowana od połowy lat osiemdziesiątych XX wieku na skalę przemysłową [www.its.hg.pl].

Technika perwaporacji membranowej (PV), polegająca na zastosowaniu membran polimerowych jako selektywnych separatorów

W technice membranowej rozdział mieszaniny ciekłej zachodzi podczas transportu przez nieporowatą membranę polimerową. Jest on przy tym niezależny od równowagi ciecz-para, dlatego znalazł zastosowanie do separacji cieczy tworzących z wodą azeotropy, np. do odwadniania bioetanolu. Przy zastosowaniu tej techniki mieszanina pofermentacyjna, zawierająca 6-8 % etanolu ulega w instalacji membranowej końcowemu odwodnieniu, zwykle do stężenia powyżej 99,8% etanolu. Podkreślić należy, że proces ten przebiega bez udziału dodatkowych składników i praktycznie bez produktów ubocznych. Proces produkcji odwodnionego etanolu z mieszaniny pofermentacyjnej przedstawiono schematycznie na rysunku 3.2.

Źródło: Sitnik L., 2004

Rys. 3.2. Proces odwadniania bioetanolu techniką perwaporacji

Mieszanina zawierająca etanol w stężeniu 6 - 8% jest poddawana destylacji w kolumnach rektyfikacyjnych. Na wyjściu dostajemy 95% roztwór etanolu. Następnie roztwór ten jest kierowany do instalacji membranowej, gdzie następuje dalsze odwodnienie aż do uzyskania stężenia etanolu powyżej 99,8%.

1. Surowce do produkcji paliwa etanolowego w Polsce

W celu zobrazowania efektywności produkcji etanolu z różnych źródeł przedstawiono tabele 3.1 podającą ile trzeba różnych źródeł cukrów aby otrzymać jeden litr spirytusu.

Tabela 3.1. Porównanie ilości różnych produktów potrzebnych do otrzymania 1 litra spirytusu

Produkt	Ilość produktu potrzebna do wytworzenia 1 dm^3 spirytusu
Ziemniaki	12,5 kg
Zboże	3,0 - 3,3 kg
Buraki cukrowe	12,5 kg
Melasa	3,3 kg

Źródło: www.mos.gov.pl

Jak widać najlepszym surowcem do produkcji etanolu jest melasa. Dotychczas najlepszy efekt ekonomiczny dawała produkcja spirytusu właśnie z tego surowca. Na podstawie informacji napływających z polskich gorzelni można stwierdzić wysokie zainteresowanie przerobem melasy na etanol, które już dziś zaowocowało gwałtowną zwyżką jej cen (od 60 do 70%). Ponieważ dotychczas melasa w wielu gorzelniach stanowiła podstawowe źródło hodowli drożdży, prawdopodobnie zaowocuje to podwyżką ich ceny na polskim rynku.

Produkcja etanolu (surowego spirytusu etylowego) w Polsce wykorzystuje:

• odpadowe surowce przemysłu rolno-spożywczego takie jak melasa oraz

• niskowartościowe płody rolne (zboża, ziemniaki).

W skali całego kraju można mówić o nadwyżce surowców do produkcji bioetanolu.

Przeznaczenie ich do przerobu na etanol, a następnie na wysokooktanowy składnik benzyn silnikowych może sprzyjać:

• stabilizacji produkcji rolnej,

• zwiększaniu dochodów rolników,

• unormowaniu cen na produkty rolne,

• zwiększeniu zatrudnienia w rolnictwie.

1. Produkcja etanolu w Polsce

Na koniec 2004 r. wpis do rejestru przedsiębiorców wytwarzających lub magazynujących biokomponenty uzyskało 18 przedsiębiorców wytwarzających i magazynujących (w tym jeden przedsiębiorca wyłącznie magazynujący bioetanol). Wpisani do rejestru przedsiębiorcy zadeklarowali możliwość produkcji bioetanolu w łącznej wysokości 493,6 mln litrów rocznie [Kowalski A., 2005].

W Polsce większość produkcji alkoholu etylowego jest wytwarzana w gorzelniach, które są bezpośrednio związane z dostawcami płodów rolnych. Szacuje się, że są one połączone z około 100 tysiącami gospodarstw. Możemy szacować, że wprowadzenie możliwości dodawania etanolu do benzyn etylizowanych w Polsce dało możliwość zbycia produktów rolnych dla około 40 tysięcy gospodarstw rolnych. Nie można tu mówić o bezpośrednim wpływie produkcji biopaliw na stopę bezrobocia, ale można chyba powiedzieć, że produkcja spirytusu surowego na potrzeby produkcji benzyn bezołowiowych uchroniła około 50% polskich gorzelni przed ich zamknięciem [www.gazetacz.com.pl].

Sytuacja i perspektywy dla wiejskich gorzelni

Parę lat wstecz, większość polskich gorzelni przeżywała głęboki kryzys. Tabela 3.2 przedstawia jak na przestrzeni lat zmieniała się produkcja spirytusu odwodnionego. W 2000 r. można zaobserwować załamanie się produkcji bioetanolu (spirytusu odwodnionego). Jednakże w dalszym okresie widać rosnący trend, który powinien być kontynuowany z racji prawnych uwarunkowań na rynku paliw płynnych.

Tabela 3.2. Produkcja spirytusu odwodnionego w zaokrągleniu do 1 mln l, w przeliczeniu na 100° alkohol

Rok	1994	1995	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002
Spirytus odwodniony	27	63	101	111	100	89	52	69	83

Źródło: Czysta Energia, 10, 2003

Produkcja bezwodnego etanolu ze spirytusu wiąże się z dodatkowymi kosztami i jeżeli uwzględnimy ustalony w ostatnich latach podatek akcyzowy, w efekcie cena jednego litra benzyny i jednego litra bezwodnego etanolu były przez ostatnie dwa lata bliskie sobie, a sens ekonomiczny produkcji benzyn z dodatkiem etanolu zanikał.

Dopiero od stycznia 2000 r. sytuacja uległa zmianie, wprowadzono całkowite zniesienie podatku akcyzowego na etanol dodawany do paliw. Trzeba dodać, że aktualny stan prawny w ustawie o podatku akcyzowym wprowadził wyłączność stosowania etanolu tylko do dodawania go do benzyn w ilości 5%. Nie uwzględniono możliwości stosowania mieszanek alkoholowych o większym stężeniu etanolu.

Należy dążyć, aby dotychczasowa ulga została utrzymana w następnych latach i rozszerzyła się na paliwa o większej zawartości etanolu wraz z estrami rzepakowymi stosowanymi do produkcji biodiesela.

Dotychczas w Polsce było niewiele instalacji do produkcji bezwodnego etanolu, a najwięcej etanolu dodawała rafineria w Płocku oraz CPN S.A. Ponieważ do produkcji benzyn z dodatkiem etanolu trzeba używać bezwodnego etanolu, nakłady inwestycje, które są potrzebne na wybudowanie tradycyjnej instalacji (opartej na osuszaniu spirytusu za pomocą benzenu) nie są zbyt wysokie, bo blok o wydajności 1500 dm³/godz. kosztuje około 2,7 mln. zł. Należy jednak pamiętać, że jest to tylko sam blok procesowy, a żeby instalacja mogła prawidłowo pracować, musi zostać wyposażona dodatkowo w instalację zbiorników magazynowych spirytusu, zbiorniki magazynowe odwodnionego etanolu, kotłownie oraz inne obiekty towarzyszące. Koszt tych wszystkich obiektów może wahać się na wysokości kosztu samego bloku procesowego.

Na rysunku 3.3 przedstawiono nakłady inwestycyjne w przemyśle spirytusowym. Jak widać w ciągu roku wzrosły o około 6 mln zł, co jest dobrym sygnałem odbudowującego się sektora

Źródło: GUS, 2004

Rys. 3.3. Nakłady inwestycyjne w przemyśle spirytusowym (mln zł)

Jak widać instalacje tego typu przy takich wydajnościach są drogie. Ich budowa wymaga wysokich nakładów inwestycyjnych. Realizacja takiej inwestycji wymaga dużego kredytowania, a co za tym idzie inwestor musi mieć dużą pewność odbioru swego produktu. Najlepiej jeżeli sam jest producentem lub dystrybutorem paliwa. W przypadku małej firmy musi ona zdecydować się na instalację o dużo mniejszej wydajności lub kilka małych firm musi dokonywać takiej inwestycji razem. Dobrą formą zorganizowania takiego przedsięwzięcia jest konsorcjum. Mogą je utworzyć wszelkie podmioty prawa prowadzące działalność gospodarczą, przy zachowaniu swojej samodzielności. Cel konsorcjum zależy od swobodnego uznania właścicieli. Zbudowanie instalacji do komponowania benzyn z etanolem czy instalacji do osuszania (odwadniania) etanolu może zostać zrealizowane właśnie wspólnymi siłami kilku podmiotów (firm paliwowych, gorzelni itp.) w ramach konsorcjum.

Aktualnie w Polsce występują już producenci oferujący specjalistyczne mieszanki do produkcji benzyn, które zawierają alkohol etylowy. Przykładem takiego producenta może być Petrochemia Blachownia sp. z o.o. oferująca miedzy innymi w swym programie produkcji: etanol bezwodny, bioetanol B-80, mieszanka A-B, które są oferowane jako komponenty do produkcji ekologicznych paliw silnikowych [www.mos.gov.pl].

W aktualnej sytuacji większości polskich gorzelni należy liczyć się z faktem, że jeżeli trend poparcia dla produkcji biopaliw w naszym kraju utrzyma się, to już niedługo powstanie wiele instalacji do produkcji osuszonego etanolu . Trzeba tylko dbać o utrzymanie opłacalnego dla inwestorów zniesienia podatku akcyzowego dla etanolu dodawanego do paliw. Produkcja etanolu na potrzeby energetyczne jest rozwiązaniem umożliwiającym rozładowanie wielu problemów polskiej wsi, która już dziś ma kłopoty ze zbyciem nadwyżek zbóż. W ubiegłym roku blisko połowa płodów rolnych zakupionych przez polskie gorzelnie była przetworzona na paliwo. Działania takie rozwiążą kłopotliwą sytuację polskiej wsi i polskich gorzelni, jak też umożliwią obniżenie emisji wielu szkodliwych substancji do atmosfery.

Produkcja etanolu w Polsce

Proces fermentacji zacieru (drożdże szczepu Saccharomyces cerevisiae) odbywa się w kadziach fermentacyjnych. Po zakończeniu tego procesu wykonuje się odfiltrowanie roztworu alkoholu od osadów. Następnie roztwór alkoholu poddaje się procesowi rektyfikacji (destylacja w kolumnie rektyfikacyjnej). W wyniku tego procesu otrzymuje się stężony alkohol etylowy, metylowy, oraz lekkie frakcje/olejki organiczne. Jednakże etanol otrzymywany według tradycyjnej technologii jest względnie kosztowny, ponieważ :

• najwięcej fermentacji odbywa się w cyklach lub w sposób półciągły,

• produkcji towarzyszy długi czas fermentacji: proces jest powolny , trwający zazwyczaj 20−60 godzin

• koszty kapitałowe związane z dużą objętością fermentatorów są wysokie,

• aby spełnić wysokie standardowe wymagania co do odwodnienia etanolu stosowanego do produkcji benzyn, producenci spotykają się z wysokimi kosztami energetycznymi związanymi z separacją i oczyszczaniem etanolu.

W związku z tym istotne jest opracowanie doskonalszej technologii lub też dokonanie jej transferu np. ze Szwecji czy Stanów Zjednoczonych (Biotechnolodzy na Uniwersytecie Illinois −USA − rozwinęli wysoce efektywny proces fermentacji, który pokonał wiele z wymienionych tu problemów).

Wytwarzanie etanolu na większą skalę jest złożonym, wieloetapowym procesem. W wyniku fermentacji otrzymuje się 15-18% wodny roztwór etanolu, zanieczyszczony innymi alkoholami. Etanol miesza się z wodą, tworząc z nią mieszaninę azeotropową o zawartości etanolu maksimum 95,5%. Jest to bardzo ważne i oznacza, że w drodze destylacji nie można osiągnąć cieczy o większym stężeniu etanolu niż 95,5%. Dalsze zwiększanie stężenia - dążenie do czystego alkoholu należy wykonywać innymi metodami, np. poprzez ekstrakcję. „Czysty - ze względów spożywczych” alkohol zatem wyodrębnia się przez staranną destylację, czyli rektyfikację, której istota polega na wielokrotnym odparowaniu i skraplaniu. W jej wyniku otrzymujemy tzw. spirytus rektyfikowany, zawierający do 95,5% etanolu i około 4,5% wody. Alkohol rektyfikowany, ze względu na zbyt wysoką jeszcze zawartość wody, nie może być komponentem paliw. Przed użyciem go jako paliwa lub jego komponentu musi zostać odwodniony [Sitnik L., 2004]. Z informacji uzyskanych od Gliwickiej firmy EJK sp. z o.o., która posiada w swoim dorobku m.in. budowę pierwszej polskiej technologii odzysku par na terenie bazy magazynowej „Naftobaz” w Boronowie, budowę instalacji osuszania spirytusu w bazie magazynowej „Naftobaz” sp.z o.o. w Nowej Wsi Wielkiej, wynika, że koszt samego bloku osuszania 91% spirytusu o wydajności produkcyjnej 1500 dm³/godz. wynosi około 2,7 mln. złotych [www.ejk.com.pl].

Magazynowanie i dystrybucja paliwa etanolowego

W naszym kraju od kilku lat na terenie bazy magazynowej „Naftobaz” Sp z o.o. pracuje pierwsza w Polsce wyspa nalewcza benzyn, na której dodawanie etanolu do paliwa odbywa się w trybie „on line”. Oznacza to, że etanol jest magazynowany oddzielnie, a benzyna oddzielnie, a proces komponowania paliwa, odbywa się podczas nalewu do autocysterny.

Jest to pierwsza instalacja tego typu w Polsce. Na świecie instalacje komponowania paliw, na wyspach nalewczych są powszechne. Jest to związane z systemami dzierżawienia pojemności magazynowej bazy dla kilku różnych operatorów sektora naftowego (wszystkie te firmy w swoich benzynach mają tą samą benzynę bazową. Odbierany przez nie produkt musi zawierać dokładnie opracowana listę dodatków, charakterystycznych dla danej firmy. Dlatego też nie można sobie pozwolić dla każdej firmy na wydzielanie zbiorników z produktem gotowym).

Jedynym ekonomicznym rozwiązaniem okazało się komponowanie paliwa na wyspie nalewczej, bezpośrednio przed nalewem do autocysterny. Być może ten system stanie się niedługo również popularny i w naszym kraju i znajdzie zastosowanie w dodawaniu etanolu do polskich benzyn. Jego niewątpliwa zaletą jest fakt, że benzyna bazowa słabo rozpuszcza wodę, natomiast ta sama benzyna po dodaniu do niej etanolu zwiększa swoją zdolność rozpuszczania wody. Ma to bardzo duży wpływ na prawidłowe magazynowanie benzyn.

Wskazane jest zatem, aby magazynować wyłącznie benzyny bazowe, a nie paliwa etanolowe gotowe takie jak np E85, gdyż w przeciwnym razie zbyt duża ilość wody rozpuszczona w paliwie etanolowym może uniemożliwić prawidłową prace silnika Szczególnie niebezpieczny z tego tytułu jest okres jesienno-zimowy. Wówczas skraplająca się para w zbiornikach łatwo przedostaje się do paliwa. Samochód zasilany taką benzyną traci dynamikę, słychać stuki w silniku. Do dystrybucji paliw etanolowych nie nadają się rurociągi, z uwagi na możliwość łatwego zanieczyszczenia tych paliw wodą i osadami innych produktów ropopochodnych, a także korozyjne oddziaływanie alkoholu na elementy systemu rurociągowego. Wykonywanie mieszanki E85 powinno dokonywać się zanim dojdzie do jakiejkolwiek dystrybucji. Należy unikać postępowania takiego kiedy najpierw przewozimy 100% paliwo etanolowe (E100), a następnie dopiero mieszamy je z benzyną znajdującą się w obrocie na rynku lokalnym, która niekoniecznie musi odpowiadać wymaganiom jakościowym koniecznym dla uzyskania E85.

Aby uniknąć zanieczyszczenia paliwa etanolowego, dystrybutor paliw powinien przewozić go w specjalnie wyznaczonych do tego celu pojemnikach, kontenerach lub w cysternie zaadaptowanej do przewozu E85.

1. Paliwa etanolowe

Paliwa na bazie etanolu mogą być stosowane zarówno w silnikach benzynowych jak i wysokoprężnych. Paliwa typu E5, E10 - gdzie cyfra oznacza procentową zawartość bioetanolu (resztę składu stanowi benzyna) przeznaczone są do spalania w silnikach benzynowych wszystkich typów. Paliwo typu E85 zawiera w swym składzie 85% bioetanolu i 15% benzyny i może być stosowane jedynie w pojazdach FFV (flexifuel vehicles - pojazdy przystosowane do spalania wielu paliw).

Przykłady paliw na bazie etanolu stosowanych do silników diesla:

− czysty bio-etanol (95% bio-etanol, 5% ulepszacz zapłonu),

− etanol zmieszany z olejem napędowym (83−88% olej napędowy, 10−15% bio-etanol, 1−2% środek zwiększający rozpuszczalność).

Należy jednak pamiętać, że dodawanie do benzyn około 5% etanolu nie może być rozwiązaniem docelowym. Wiele informacji wskazuje, że paliwem przyszłości będą paliwa oparte na 85 - 95% etanolu. Należy więc dążyć do rozwoju technologii umożliwiających produkcje tego typu paliw, jak też wprowadzania nowych rozwiązań technicznych w samych pojazdach, które powinny być przystosowywane do tego rodzaju paliwa.

1. Przykłady wykorzystania paliwa bioetanolowego w pojazdach komunikacji miejskiej

Starogard Gdański

Autobus marki Autosan (rysunek 3.4) będący własnością Miejskiego Zakładu Komunikacji w Starogardzie Gdańskim był eksploatowany w ruchu miejskim w okresie 01.02.02 do 22.02.02 i przejechał około 3000 km na mieszance Ekomix-20. Mieszanka paliwowa Ekomix-20 jest przeznaczona do silników wysokoprężnych i zawiera w swym składzie 20% bioetanolu.

Źródło: www.ibmer.waw.pl

Rys. 3.4. Autobus ZKM Starogard Gdański napędzany mieszanką Ekomix-20

Podczas eksploatacji pojazdu stwierdzono, że silnik (typ: 6CT104) pracował poprawnie i bezawaryjnie, rozruch następował łatwo bez względu na temperaturę otoczenia. Ponadto nie stwierdzono znaczącego spadku mocy silnika. Średnie zużycie mieszanki Ekomix-20 wynosiło 26,45 dm³/100km (w porównaniu do 26 dm³/100km dla ON), zużycie oleju silnikowego pozostało w normie.

Jak wykazały pomiary czystości spalin przeprowadzone z użyciem dymomierza Oliver ISC-D-60 uzyskany wynik średni współczynnika zadymienia k wyniósł 0,47 m^-1 tj. 18% obowiązującej aktualnie normy czystości spalin (w porównaniu do k=0,66m ^-1 tj.24% obowiązującej aktualnie normy czystości spalin, przy spalaniu tradycyjnego oleju napędowego). Jak wynika z przeprowadzonych prób, zastosowanie mieszanki paliwowej Ekomix−20 spowodowało zmniejszenie zadymienia spalin o około 25% w stosunku do zadymienia przy tradycyjnym paliwie.

Badania przeprowadzone w Centralnym Laboratorium Naftowym w Warszawie dowiodły, że poziom emisji związków toksycznych (w szczególności węglowodorów i tlenku węgla) powstających przy spalaniu mieszanki Ekomix−20 utrzymuje się poniżej normy emisji dla silników ZS Euro II. W trakcie badań nie stwierdzono negatywnego wpływu badanego paliwa na pracę, trwałość i niezawodność silnika [www.ibmer.waw.pl].

Sztokholm

Pierwszy autobus napędzany bioetanolem zaczął jeździć w Szwecji w roku 1985. Obecnie jest ich ponad 400, z czego 250 w samym Sztokholmie. Jeden z nich jest pokazany na rysunku 3.5. Autobusy te wykorzystują mieszankę paliwową ETAMAX-D o składzie (% (m/m)):

−etanol 95% (90,2% % m/m)

−ulepszacz zapłonu (7,0 % m/m) (Beraid^®3540),

−denaturanty: eter MTBE 2,3%, izo-butanol 0,5%,

−inhibitor korozji: 125 ppm (Morfolina).

Źródło: www.ibmer.waw.pl

Rys. 3.5 Autobus napędzany etanolem na ulicy Sztokholmu

Dania

W Dani stosowane jest paliwo E-diesel będące mieszanką 10% do 15% bezwodnego etanolu, do 5% środka zwiększającego rozpuszczalność (Beraid^®ED10) i oleju napędowego. Mieszanka E-diesel testowana była w dwóch ciężarówkach z 12-litrowymi silnikami, które łącznie przejechały 100 000 km.

Wstępne wyniki testu wykazały:

−10% redukcję emisji NOx i 15% redukcje emisji sadzy w porównaniu do tradycyjnego oleju napędowego,

−strata mocy w przybliżeniu 6−8% mocy maksymalnej,

−wzrost zużycia paliwa o około 3−6%,

−paliwo było cały czas stabilne (okres zimowy),

−pojazdy jeździły normalnie; żadnych problemów nie było z rozruchem zimnego silnika.

4. DZIAŁANIA WSPIERAJĄCE ZASTOSOWANIE BIOKOMPONENTÓW W PALIWACH CIEKŁYCH

1. Projekty badawcze

W Polsce obecnie realizacji podlega 7 projektów związanych z tematyka biopaliw. Dwie z nich to projekty celowe, czyli przedsięwzięcia przewidziane do wdrożenia w ustalonym okresie, na określonych warunkach. Pięć pozostałych projektów obejmuje tematykę badawczą.

Projekty celowe to:

1. Opracowanie i wdrożenie technologicznych procedur wprowadzania estrów metylowych oleju rzepakowego do oleju napędowego w fazie jego produkcji wraz z kryteriami oceny degradacji materiałów w silnikach wysokoprężnych − termin zakończenia projektu 2006 r.

2. Opracowanie systemu komponowania olejów napędowych na bazie estrów oleju rzepakowego spełniających warunki trwałości eksploatacyjnej infrastruktury maszyn górniczych, pojazdów i ciągników − termin zakończenia projektu 2005 r.

Natomiast projekty badawcze to:

1. Produktywność i charakterystyka klonów wikliny (Salix sp.) jako biopaliwa.

2. Zastosowanie biopaliw jako paliwa „reburningowego” w procesie redukcji tlenków azotu metodami pierwotnymi w piecach przemysłowych.

3. Opracowanie metody i urządzenia pomiarowego do określania zawartości estrów rzepakowych w biopaliwie do napędu silników wysokoprężnych.

4. Badania właściwości biopaliw stałych otrzymywanych z poużytkowych odpadów drzewnych.

5. Ocena możliwości wykorzystania olejów roślinnych (biopaliw ciekłych) w źródłach ciepła dla celów energetycznych oraz ich wpływu na kształtowanie naturalnego środowiska przyrodniczego.

Środki finansowe z budżetu państwa przeznaczone na realizacje tych projektów wyniosą 1 039 000 zł.

2. System zwolnień i ulg podatkowych

W Polsce od 1993 roku obowiązuje system zwolnień i ulg podatkowych dla paliw, które zawierają biokomponenty w swoim składzie. Od 2004 roku uległ on niezbędnej modyfikacji zgodnie z systemem ulg w Unii Europejskiej w myśl definicji zawartych w ustawie z dnia 2 października 2003 r. w sprawie biokomponentów stosowanych w paliwach ciekłych i biopaliwach ciekłych i Dyrektywie 2003/30/WE z dnia 8 maja 2003 r. w sprawie wspierania użycia w transporcie biopaliwa lub innych paliw odnawialnych.

Rozporządzenie Ministra Finansów z dnia 26 kwietnia 2004 r. w sprawie zwolnień od podatku akcyzowego (Dz.U. Nr 97, poz. 966, ze zm.) obowiązujące od 1 maja 2004 r. rozszerza zwolnienia z akcyzy. Oprócz bioetanolu i eteru etylo-tert-butylowego, zwolniono z akcyzy estry metylowe oleju rzepakowego.

Zmiany wprowadzone rozporządzeniem Ministra Finansów z dnia 18 listopada 2004 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie zwolnień od podatku akcyzowego (Dz.U. Nr 248, poz. 2492) zwalniają od akcyzy:

− paliwa ciekłe zawierające od 2,0 do 5% biokomponentów w wysokości 1,5 zł od każdego litra biokomponentów dodanych do tych paliw,

− biopaliwa ciekłe z zawartością od 5% do 10% biokomponentów, w kwocie 1,8 zł od każdego litra biokomponentów dodanych do tych paliw,

− biopaliwa ciekłe z zawartością powyżej 10% biokomponentów dodanych do tych paliw w wysokości 2,2 zł od każdego litra dodanych biokomponentów, z tym, że zwolnienie nie może być wyższe niż należna kwota akcyzy z tytułu sprzedaży tych paliw.

Rozporządzenie Ministra Finansów z dnia 18 listopada 2004 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie zwolnień od podatku akcyzowego określa dolną granicę zawartości biokomponentów w paliwach ciekłych, uprawniającą do korzystania z 2% zwolnienia zamiast poprzednio obowiązującego poziomu 4,5%. Nowa 2% granica zawartości biokomponentów obowiązuje od 7 grudnia 2004 r.

W 2004 r. szacunkowa łączna kwota zwolnień z podatku akcyzowego wyniosła 68 983 902 zł.

5. PODSUMOWANIE

W pracy starano się wykazać, że produkcja i stosowanie paliw z biokomponentami ma uzasadnione racje. Bez wątpienia powodami uzasadniającymi konieczność zastąpienia olejów napędowych paliwami ekologicznymi to:

• Ograniczone zasoby ropy naftowej

Szacuje się, że zasoby ropy naftowej wystarczą na najbliższe 40 lat. Zasobów jest oczywiście więcej, ale wydobycie ich będzie bardzo trudne i co za tym idzie - bardzo kosztowne.

• Korzystny wpływ na ochronę środowiska (zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych do atmosfery)

Motoryzacja ma poważny udział w tym, co w literaturze często jest określane jako „nadciągająca katastrofa klimatyczna”. Transport emituje 20% CO₂ powstających w procesach związanych z tzw. aktywnością ludzką. Udział ten będzie wzrastał w przyszłości w miarę rozwoju ruchu drogowego na świecie.

Źródło: www.ekoproblemy.webpark.pl

Rys. 4.1. Udział gazów cieplarnianych w globalnym ociepleniu

Rysunek 4.1 obrazuje jak wielki udział ma CO₂ w gazach cieplarnianych. Dlatego redukcja ilości tego gazu ma kluczowe znaczenie w ochronie środowiska − szczególnie powietrza.

Zastosowanie biopaliwa pomoże uniknąć wzrostu stężenia CO₂ w powietrzu spowodowanego przez transport, ponieważ emitowany gaz jest pochłaniany przez

rośliny, służące jako surowce do produkcji ekopaliw. Dlatego bilans tego gazu cieplarnianego w tym wypadku jest zerowy, co obrazuje rysunek 4.2.

Źródło: www.city.greatsudbary.on.ca

Rys. 4.2. Obieg powstałego CO₂ przy spalaniu biopaliw w przyrodzie

• Lepsze spalanie w silniku (zmniejszenie smogu i związków rakotwórczych w otoczeniu)

• Bardzo znikoma ilość siarki, benzolu i innych związków aromatycznych

Jest to bardzo istotna zaleta, ponieważ niska zawartość siarki ma wpływ na niską emisje tlenków siarki, które też znacząco wpływają na pogorszenie jakości powietrza i na powstawanie „kwaśnych deszczy”.

• Wyższa liczba cetanowa

Wyższa liczba cetanowa paliwa rzepakowego od tradycyjnego paliwa oznacza lepszą zdolność do samozapłonu. Wpływa na spokojniejszy przebieg spalania paliwa w komorze silnika - przez co silnik pracuje równo i cicho.

• Bezpieczeństwo stosowania RME (temperatura zapłonu: 170ºC)

Biodiesel jest paliwem bezpiecznym jeśli chodzi o przechowywanie i stosowanie. Stosowanie biodiesela nie wiąże się z ryzykiem wybuchu par, bowiem nie zawiera on lotnych związków. Wynika to z niskiego ciśnienia par (< 1 mm Hg) oraz wysokiej temperatury zapłonu.

• Wzrost liczby oktanowej

Etanol dodawany do benzyn korzystnie wpływa na spalanie paliwa.

• Mniejsza emisja substancji toksycznych, co widać na rysunku 4.3. Wraz ze wzrostem zawartości etanolu w paliwie tradycyjnym spada emisja gazów toksycznych. E50 oznacza 50% udział bioetanolu w paliwie, a E85 - 85%.

Źródło: Lech J. Sitnik, 2004

Rys. 4.3. Porównanie emitowanych spalin przy stosowaniu tradycyjnego paliwa i etanolowego

• Lepsze właściwości smarne (wydłużenie żywotności silnika)

Poniżej na rysunku 4.4 prezentowane są dane o znakomicie lepszych właściwościach smarnych estru metylowego oleju rzepakowego (FAME) oraz mieszanin (M1do M4) oleju napędowego, estru metylowego oraz alkoholu etylowego od samego oleju napędowego.

Źródło: Lech J. Sitnik, 2004

Rys. 4.4. Smarność względna paliw, %

• Łatwa biodegradacja

Oprócz zawartości tlenu w biopaliwie, dobra biodegradowalność wynika też z faktu prostej budowy cząsteczki estru metylowego (tradycyjne paliwa ropopochodne zawierają mniej tlenu oraz stanowią bardzo skomplikowane mieszaniny węglowodorów z wielokrotnymi wiązaniami podwójnymi, a także łańcuchami cyklicznymi). Na rysunku 4.5 widać, że po 28 dniach paliwo rzepakowe ma największy procent biodegradacji.

Źródło: Lech J. Sitnik, 2004

Rys. 4.5. Biodegradowalność oleju napedowego, syntetycznego oleju napędowego (SYNON) i estru metylowego

• Wzrost zapotrzebowania na rzepak

Ten fakt spowoduje możliwość zagospodarowanie ziem leżących odłogiem lub skażonych, na których uprawa roślin jadalnych jest niemożliwa. Szacunkowo 17−18% ogólnej powierzchni Polski znajduje się pod wpływem różnego rodzaju skażeń, których przyczyną jest przemysł, komunikacja czy energetyka. Efektem tego oddziaływania jest zakwaszenie, zasolenie i alkalizacja gleb oraz skażenie wód. Skażenie gleb w najbliższych latach spowoduje konieczność ograniczenia o 30% użytków rolnych i zaniechania upraw roślin jadalnych na dalszych 10%. Jedynie zatem szansą egzystencji dla ludności wiejskiej na tych obszarach będzie produkcja surowców przemysłowych, zwłaszcza rzepaku.

• Poprawa bilansu pasz białkowych (ograniczenie importu)

Przy produkcji estrów metylowych oleju rzepakowego produktem ubocznym są makuchy. Mogą być one wysokobiałkowym pokarmem dla zwierząt hodowlanych. Pozwoliłoby to na ograniczenie importu pasz białkowych.

• Korzyści gospodarcze (rozwój rolnictwa, przetwórstwa rolnego, powstawanie nowych inwestycji i miejsc pracy)

Oszacowano, że obsiew 1 mln ha pola rzepakiem może wygenerować około 18 000 nowych miejsc pracy (25% w rolnictwie, a reszta przy produkcji i usługach technicznych).

• Zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego

Zagwarantowanie bezpieczeństwa energetycznego jest jednym z priorytetowych celów każdego państwa.

Na rysunku 4.6 widać, jak wraz z biegiem lat rośnie uzależnienie od importowanego surowca jakim jest ropa naftowa.

Źródło: www.kape.gov.pl

Rys. 4.6. Stopień uzależnienia od paliw Unii Europejskiej

Przez bezpieczeństwo energetyczne należy rozumieć stopień zaopatrywania własnego rynku nośnikami energii z własnych źródeł. Wprowadzenie biopaliwa powiększa bezpieczeństwo energetyczne, ponieważ są one rodzimej produkcji.

Produkcja i wykorzystanie biopaliw płynnych stały się w ostatnich latach przedmiotem poważnych inicjatyw ustawodawczych w krajach członkowskich Unii Europejskiej oraz

przedmiotem poważnej debaty politycznej także w Polsce.

Opracowanie rządowego programu energetycznego wykorzystania biopaliw płynnych jest niezbędne, jako podstawy do podejmowania decyzji i stymulowania ich rozwoju wykorzystania z perspektywy średniookresowej.

Rządowe działania powinny być skoordynowane. Konieczne jest przyjęcie jednej kompleksowej ustawy regulującej wykorzystanie biopaliw na rynku paliwowym i umożliwiającej optymalne - z punktu widzenia interesów państwa - rozdysponowanie

środków publicznych.

Literatura

1. Praca zbiorowa pod redakcją Witolda Podkówki, 2004: Biopaliwa, gliceryna, pasza z rzepaku. Wyd. Uczelniane Akademii Techniczno - Rolniczej w Bydgoszczy.

2. Szlachta Z., 2002: Zasilanie silników wysokoprężnych paliwami rzepakowymi. WKiŁ. Warszawa.

3. Bocheński C.I.; 2003: Silniki z zapłonem samoczynnym a biopaliwa. Mat. Konf. Nowoczesna technologia w rolnictwie - Biodiesel w Polsce. Łódź.

4. Bocheński C.I.; 2003: Biodiesel paliwo rolnicze. Wyd. SGGW. Warszawa.

5. Cvengros J., Pavlovicowa A., Gladisova G., Cerny J., 1999: Rapeseed oil methyl esters with phosphorus content. Fett/Lipid

6. Górzyński M., Osiak J., Rokicka M., 2005: Analiza rynku spirytusowego w Polsce. Czysta Energia, 10, 2003, s. 18-19

7. Frąckowiak P., 2003: Technika i technologia produkcji na małą skalę paliwa z olejów roślinnych. Mat. Konf. Biopaliwa 2003 - Uprawy - Technologia - Zastosowanie. SGGW. Warszawa.

8. Dane Głównego Urzędu Statystycznego, 2004

9. Grzybek A., 2003: Technologia przetwarzania oleju rzepakowego na biopaliwo. Wieś Jutra nr 2, s. 39−41

10. Grzybek A., Rogulska M., Rogulski J., 1997: Kompleksowa ocena energetyczna i ekonomiczna produkcji biopaliwa z rzepaku w warunkach zróżnicowanych gospodarstw rolnych. Raport z projektu: EPAL - polskie paliwo rzepakowe, samb.dok.XXXI/443, IBMER. Warszawa.

11. Kowalski A., 2005: Raport dla Komisji Europejskiej wynikający z art 4(1) dyrektywy 2003/30/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie wspierania użycia w transporcie biopaliw lub innych paliw odnawialnych za 2004 r.

12. Mińkowski K., Ptasznik S., 2003: Metoda pozyskiwania oleju rzepakowego a jego przydatność do produkcji estrów metylowych.

13. Niewiadomski H., 1993: Technologia tłuszczów jadalnych. Wyd. II, WNT. Warszawa.

14. Podkówka W., 2003: Biopaliwa płynne a produkcja pasz. Raport Rolny nr 24/25

15. Sitnik L., 2004: Ekopaliwa silnikowe. Oficyna wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.

16. Walisiewicz-Niedbalska W., 2003: Możliwości wykorzystania zużytych tłuszczów smażalniczych - ograniczenie wpływu na środowisko

17. Technologia wytwarzania z oleju rzepakowego komponentów i zamienników paliw do silników wysokoprężnych, Oferta wstępna nr TŁ/09/00, Opole, marzec 2000 r.

18. Zamojski H., 2003: Efektywność produkcji biopaliwa. Czysta energia nr 4, s. 22-23

Źródła internetowe

1. http://www.biodiesel.pl/polska/ruszyla_sprzedaz_biopaliwa/ -->

2. http://www.biodiesel.org/resources/reportsdatabase/reports/gen/19960101_gen-224.pdf

3. http://www.gazetacz.com.pl/artykul.php?idm=123&id=2173

4. http://www.gigawat.net.pl/article/articleview/442/1/47

5. http://www.gigawat.net.pl/article/articleview/12/1/11/

6. http://www.e-petrol.pl/index.php/ekoenergia/energia7.html

7. http://www.eere.energy.gov/biomass/pdfs/34796.pdf

8. http://www.elektroplast.waw.pl/biopaliwa.htm

9. http://www.ejk.com.pl/hermetyzacja.html

10. http://www.ibmer.waw.pl

11. http://www.kape.gov.pl/PL/Programy/Programy_UniiEuropejskiej/

5_PROGRAM_RAMOWY/aP_OPET/zielonaksiega.html

12. http://www.kki.pl/wirpoz/raporty/biopaliwa2.htm

13. http://www.its.hg.pl/pv.html

14. http://www.city.greatsudbary.on.ca

15. http://www.ekoproblemy.webpark.pl/efciepl.htm

16. http://www.mos.gov.pl/oze/dokumenty/synteza_22lll.doc

17. http://www.rafineria-trzebinia.pl/rafineria/index.php?menu=cennik&dzial=paliwa -->

18. http://www.testmer.com.pl/biopaliwa.php?id=info

19. http://www.zss.radom.pl/kars002.html

20. http://www.kki.pl/wirpoz/raporty/biopaliwo.htm

Spis tabel

Tabela 2.1. Porównanie wskaźników oleju napędowego, oleju rzepakowego i RME

Tabela 2.2. Podstawowe parametry fizykochemiczne oleju sojowego

Tabela 2.3. Podstawowe parametry fizykochemiczne oleju słonecznikowego

Tabela 2.4. Podstawowe parametry fizykochemiczne oleju palmowego

Tabela 2.5. Charakterystyka oleju rzepakowego tłoczonego na zimno i na gorąco oraz rafinowanego różnymi sposobami

Tabela 2.6. Porównanie charakterystyk jakościowych oleju rzepakowego

Tabela 2.7. Parametry oleju rzepakowego przeznaczonego do transestryfikacji

Tabela 2.8. Skala produkcji RME w zależności od wielkości instalacji

Tabela 2.9. Zapotrzebowanie na rzepak lub olej w zależności od instalacji

Tabela 2.10. Liczba cetanowa i wartość opałowa paliwa rzepakowego i oleju napędowego

Tabela 2.11. Zapotrzebowanie na białko paszowe i możliwości produkcji krajowej

Tabela 2.12. Porównanie ceny 1 kg białka i 1 JPM

Tabela 2.13. Za 1000 zł można zakupić

Tabela 2.14. Kierunki zastosowania gliceryny

Tabela 2.15. Porównanie wpływu RME i oleju napędowego na środowisko

Tabela 2.16. Cennik paliw z dnia 06.07.2005 z Rafinerii w Trzebinii

Tabela 3.1. Porównanie ilości różnych produktów potrzebnych do otrzymania 1 litra spirytusu

Tabela 3.2. Produkcja spirytusu odwodnionego w zaokrągleniu do 1 mln l, w przeliczeniu na 100° alkohol

Spis rysunków

Rys. 2.1. Plantacja rzepaku w Polsce

Rys. 2.2. Prasa do tłoczenia rzepaku

Rys. 2.3. Zespół tłoczni olejowej

Rys. 2.4. Schemat ideowy bazy przyjęcia i magazynowania rzepaku i tłoczni oleju na zimno

Rys. 2.5. Schemat ideowy olejarni (tłoczenie i ekstrakcja)

Rys. 2.6. Schemat procesu rafinacji

Rys. 2.7. Instalacja do rafinacji oleju rzepakowego

Rys. 2.8. Metoda otrzymywania estrów metylowych

Rys. 2.9. Cząsteczka oleju glicerynowego

Rys. 2.10. Schemat ideowy instalacji estryfikacji i uzdatniania fazy glicerynowej wg technologii polskiej

Rys. 2.11. Reakcje przeprowadzone na nasionach rzepaku

Rys. 2.12. kolumna do reestryfikacji olejów roślinnych

Rys. 2.13. Schemat technologii produkcji biodiesla

Rys. 2.14. Schemat otrzymywania estrów metylowych oleju rzepakowego metodą okresową

Rys. 2.15. Schemat instalacji transestryfikacji olejów i tłuszczów (część reakcyjna)

Rys. 2.16. Schemat instalacji do estryfikacji ciągłej firmy Lurgi

Rys. 2.17. Schemat instalacji transestryfikacji substancji tłuszczowych o wysokiej zawartości WKT według technologii IChP

Rys. 2.18. Schemat instalacji oleju rzepakowego według Connemanna

Rys. 2.19. Schemat technologiczny produkcji paliwa rzepakowego opracowany w PIMR - Poznań oraz zdjęcie „mini-wytwórni”

Rys. 2.20. Schemat technologii produkcji RME w skali gospodarczej

Rys. 2.21. Instalacja do estryfikacji oleju roślinnego zbudowana przez jednego z rolników

Rys. 2.22. Widok pracującej prasy dwuślimakowej do tłoczenia oleju

Rys. 2.23. Reaktor podłączony do ostojnika zrobionego z palety pojemnikowej

Rys. 2.24. Reaktor mieszaniny katalitycznej (zrobiony z hydroforu) wraz ze sprężarką

Rys. 2.25. Reaktor chemiczny, następnie mieszalnik katalityczny i sprężarka powietrza, za pomocą której wtłaczane jest powietrze do mieszalnika

Rys. 2.26. Wszystkie niezbędne podzespoły wykorzystane do produkcji biopaliwa

Rys. 2.27. Widok zmontowanego i gotowego do pracy całego urządzenia do produkcji biopaliwa

Rys. 2.28. Widok ogólny całej instalacji do produkcji biopaliwa rozłożonej w garażu właściciela

Rys. 2.29. Podręczna pompa do przepompowywania płynów produkcyjnych

Rys. 2.30. Schemat technologiczny produkcji biopaliwa z oleju rzepakowego w Agrorafinerii Mochełek;

Rys. 2.31. Schemat technologii produkcji biodiesla

Rys. 2.32. Właściwości smarne w teście HFRR

Rys. 2.33. Smarność oleju napędowego i mieszanin z biopaliwem określona metodą SL BOCLE

Rys. 2.34. Zmiana emisji składników spalin silnika przy zasilaniu go estrem metylowym w odniesieniu do emisji przy zasilaniu silnika olejem napędowym

Rys. 2.35. Przykładowy schemat oczyszczania i zatężania fazy glicerynowej

Rys. 2.36. Schemat procesów produkcji i zastosowania oleju napędowego i RME

Rys. 2.37. Efekty promowania RME

Rys. 2.38. Pierwszy w Polsce dystrybutor oleju napędowego z biokomponentem

Rys. 3.1. Budowa cząsteczki etanolu

Rys. 3.2. Proces odwadniania bioetanolu techniką perwaporacji

Rys. 3.3. Nakłady inwestycyjne w przemyśle spirytusowym (mln zł)

Rys. 3.4. Autobus ZKM Starogard Gdański napędzany mieszanką Ekomix-20

Rys. 3.5 Autobus napędzany etanolem na ulicy Sztokholmu

Rys. 4.1. Udział gazów cieplarnianych w globalnym ociepleniu

Rys. 4.2. Obieg powstałego CO₂ przy spalaniu biopaliw w przyrodzie

Rys. 4.3. Porównanie emitowanych spalin przy stosowaniu tradycyjnego paliwa i etanolowego

Rys. 4.4. Smarność względna paliw, %

Rys. 4.5. Biodegradowalność oleju napędowego, syntetycznego oleju napędowego (SYNON) i estru metylowego

Rys. 4.6. Stopień uzależnienia od paliw Unii Europejskiej

41

81

---