Biodiesel

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Biodiesel B100 z oleju sojowego

Biodiesel to biopaliwo (przetworzony chemicznie olej roślinny, np. rzepakowy) do silników wysokoprężnych (Diesla).

Biodieslem nazywa się zarówno czyste estry metylowe kwasów tłuszczowych, tzw. FAME (z ang. Fatty Acid Methyl Esters) lub estry etylowe kwasów tłuszczowych, tzw. FAEE (Fatty Acid Ethylesters), jak i mieszanki paliwowe z olejem napędowym w celu otrzymania paliwa zapewniającego lepsze warunki pracy silnika[1]:

  • B100 100% FAME
  • B80 80% FAME 20% ON
  • B20 20% FAME 80% ON i tak dalej.
  • Dodatkowo biodiesel ma o wiele lepsze własności smarne niż tradycyjny olej napędowy oraz przedłuża istotnie żywotność silnika[2].

Argumenty proekologiczne:

  • brak zanieczyszczeń powietrza związkami siarki,
  • część wyemitowanego w trakcie spalania dwutlenku węgla została wcześniej wchłonięta przez rośliny, a w przypadku ON pochodzi on z ropy naftowej; w związku z tym wprowadza się mniejsze ilości dodatkowego CO2 do atmosfery.

Jednak FAME powoduje emisję o około 20% więcej tlenków azotu (NOx)[3].

Argumenty gospodarcze przemawiające za stosowaniem biodiesla:

  • produkcja biodiesla z oleju rzepakowego pozwala na aktywizację terenów wiejskich i zagospodarowanie nieużytków rolnych,
  • wykorzystanie produkowanych w kraju domieszek do paliw płynnych pozwala na częściowe uniezależnienie energetyczne kraju od dostaw ropy oraz zmniejszenie zależności cen paliwa od zmian ceny ropy naftowej i kursów walut,
  • jest łatwiej katabolizowany co jest korzystne dla ochrony środowiska,
  • nie zwiększa stężenia CO2 w atmosferze z powodu spalania surowców kopalnych (jeśli nie uwzględniać emisji dwutlenku węgla w procesie produkcji biodiesla metanolu).

Problemy:

  • uzyskiwane liczby cetanowe estrów kwasów tłuszczowych są porównywalne lub nieznacznie wyższe jak w oleju napędowym[4],
  • niektóre właściwości fizyczne (np. lepkość) estrów kwasów tłuszczowych zmieniają się wyraźnie podczas wzrostu temperatury i cecha ta wymagać może dodatkowych chłodnic dla biodiesla - aby faktyczna dawka paliwa podawana przez aparaturę wtryskową była zgodna z dawką założoną (optymalną). (W przypadku oleju napędowego zmiana cech fizycznych podczas pracy silnika nie jest istotna).
  • Glukozydy steroli pod wpływem niskiej temperatury mogą wytrącać osady. Po przekroczeniu poziomu zawartości glukozydów steroli w bioestrach wynoszącego 8 mg/kg, będą występowały problemy związane z sedymentacją osadów oraz zatykaniem filtrów i elementów instalacji podczas eksploatacji w warunkach zimowych[5].

Otrzymywanie[edytuj | edytuj kod]

Podczas procesu produkcji zachodzi jednoczesna hydroliza tłuszczu i estryfikacja kwasów tłuszczowych metanolem.

3 H2O + tłuszcz → kwasy tłuszczowe + gliceryna
kwasy tłuszczowe + 3 MeOH → biodiesel + 3 H2O

sumarycznie:

tłuszcz + metanol → biodiesel + gliceryna

Szybkość reakcji jest zależna od temperatury, pH i intensywności mieszania. Mieszanina poreakcyjna rozdziela się samoczynnie: biodiesel stanowi lżejszą frakcję hydrofobową, natomiast dolna cięższa frakcja hydrofilowa zawiera glicerynę, katalizator i wodę. W skali przemysłowej separacja może być przyspieszona przez przepływowe wirowanie mieszaniny poreakcyjnej. Cechy i właściwości biodiesli (jako paliw), wytwarzanych z udziałem metanolu (FAME) bądź etanolu (FAEE), nie różnią się. Zastosowanie metanolu umożliwia uzyskanie korzystniejszych wskaźników ekonomicznych wytwarzania (tańszy katalizator), dzięki czemu technologia ta jest bardziej rozpowszechniona. W obu technologiach (oprócz pozostałości z wytłaczania olejów i produktu dodatkowego w postaci gliceryny) powstają zasadowe wody ściekowe, które muszą być uzdatniane przed utylizacją.[1]

Inne technologie i metody wytwarzania paliw do silników wysokoprężnych (termochemiczne, biochemiczne i in.) z biomasy i surowców pochodnych o zbliżonych właściwościach są przedmiotem wielu analiz. Wytwarzanie biodiesla z użyciem metod pirolizy biomasy (upłynnienie – gaz syntezowy) czy procesów Fischera-Tropscha (zgazowanie biomasy), w wyniku których otrzymuje się olej pirolityczny (BtL – Biomass to Liquid), niekiedy uważa się za obecnie przestarzałe technologicznie. Spodziewane zwiększenie dostaw gazu łupkowego może usunąć te zastrzeżenia, wynikające głównie z dużych nakładów energii na procesy pirolityczne. Oleje pirolityczne, uważane za potencjalny, uniwersalny produkt z biomasy jako surowca do przetwarzania na biodiesel, są mieszaniną karbonyli, karboksyli, fenoplastów i wody, o kwaśnym odczynie i silnych właściwościach żrących. Właściwości BtL można ulepszyć w dodatkowych procesach uwodornienia. Uwodornienie zmienia konwencjonalne estry różnorodnych kwasów tłuszczowych w mieszaninę długiego łańcucha węglowodorów. Biodiesel można także wytwarzać z olejów roślinnych poddanych wstępnym procesom hydrolizy, a następnie pirolizie w temperaturze 250°C. Wszystkie, już stosowane w praktyce bądź będące w fazach aplikacji, dotychczasowe technologie wytwarzania biodiesla nie odpowiadają obecnym wymaganiom ochrony środowiska. Podobną opinię mają obecne metody dostosowywania surowego oleju rzepakowego (PVO, SVO) do wymaganych standardów dla paliw silników wysokoprężnych.[1]

W krajach Unii Europejskiej produkcja tego biopaliwa wzrasta o 20% rocznie, a w transporcie o 40%[1].

Historia[edytuj | edytuj kod]

W Polsce produkcję biopaliw jako pierwsza uruchomiła Rafineria Trzebinia[6].

Przypisy

  1. a b c d Andrzej Roszkowski, Biodiesel w UE i Polsce obecne uwarunkowania i perspektywy, „Problemy inżynierii rolniczej”, 77 (3), Wydawnictwo Instytutu Technologiczno-Przyrodniczego, 2012, s. 65-67, ISSN 1231-0093.
  2. Wojciech Szczypiński-Sala, Piotr Strzępek, Własności smarne wybranych kompozycji biopaliw do silników o zapłonie samoczynnym, „Czasopismo techniczne Mechanika”, 11, 2008, s. 146-149, ISSN 0011-4561.
  3. Andrzej Ambrozik, Dariusz Kurczyński, Analiza emisji tlenków azotu silnika o zapłonie samoczynnym zasilanego olejem napędowym, paliwem roślinnym i ich mieszaninami, „Journal of KONES Powertrain and Transport”, 14 (3), Technical University of Kielce, 2007, s. 27-28.
  4. Leszek Gil, Piotr Ignaciuk, Wpływ liczby kwasowej na smarność biopaliw, „Postępy Nauki i Techniki”, 11, Oddział SIMP w Lublinie, 2011, s. 38, ISSN 2080-4075.
  5. Tomasz Łaczek, Analiza zmian jakości biopaliw B100 zachodzących podczas ich magazynowania w niskich temperaturach, „Nafta-Gaz”, LXX (2), Kraków: Instytut Górnictwa Naftowego i Gazownictwa w Krakowie, 2014, s. 120, ISSN 0867-8871.
  6. ORLEN Południe, www.orlenpoludnie.pl [dostęp 2017-04-28] (pol.).