Biodieselbiopaliwo (przetworzony chemicznie olej roślinny, np. rzepakowy) do silników wysokoprężnych (Diesla).

Biodiesel B100 z oleju sojowego

Biodieslem nazywa się zarówno czyste estry kwasów tłuszczowych i alkoholi, np. estry metylowe (FAME, z ang. Fatty Acid Methyl Esters) lub etylowe (FAEE, z ang. Fatty Acid Ethyl Esters), 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 niż 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

Transestryfikacja olejów

edytuj

Oleje są triacyloglicerolami – estrami wyższych kwasów tłuszczowych i glicerolu. W celu obniżenia lepkości i poprawy właściwości fizycznych poddawane są one transestryfikacji alkoholami monohydroksylowymi. Najczęściej wykorzystywany jest w tym celu metanol (CH
3
OH
; reakcja nosi wówczas nazwę metanolizy), ze względu na niską cenę i korzystne właściwości fizykochemiczne. Na drugim miejscu jest etanol (C
2
H
5
OH
), a rzadziej propanol (C
3
H
7
OH
), butanol (C
4
H
9
OH
) i pentanol (C
5
H
11
OH
)[6].

Reakcję transestryfikacji metanolem można zapisać sumarycznie[6]:

(RCOO)
3
Glyc + 3CH
3
OH ⇄ 3RCOOCH
3
+ Glyc(OH)
3
gdzie R – łańcuch węglowy kwasu tłuszczowego, Glyc – szkielet węglowy glicerolu

Reakcje prowadzi się zazwyczaj w obecności katalizatorów. Mogą to być katalizatory kwasowe, np. H
2
SO
4
(reakcja może wówczas przebiegać w obecności wilgoci) lub zasadowe, np. NaOH (wymagane są warunki bezwodne, aby zapobiec hydrolizie do wolnych kwasów tłuszczowych). Stosuje się też enzymy – lipazy. Opracowano też metodę metanolizy niekatalitycznej; reakcję prowadzi się wówczas w warunkach nadkrytycznych, w temp. 350 °C i ciśn. 450 atm[6].

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, dzięki czemu technologia ta jest bardziej rozpowszechniona. W obu technologiach (oprócz pozostałości z wytłaczania olejów i produktu dodatkowego w postaci gliceryny) powstają odpady, które muszą być uzdatniane przed utylizacją[1].

Piroliza biomasy

edytuj

Innym sposobem produkcji biodiesla jest piroliza biomasy. Uzyskuje się w ten sposób ciemnoczerwony, brązowy lub czarny płyn zwany olejem pirolitycznym lub bio-olejem. Jest to paliwo niskiej jakości, o wartości opałowej 15-22 MJ/kg (w porównaniu do 43-46 MJ/kg dla oleju konwencjonalnego). Wynika to z dużej zawartości wody (14–33%) i obecności utlenionych związków organicznych[1][7].

Historia produkcji w Polsce

edytuj

W Polsce produkcję biopaliw jako pierwsza uruchomiła Rafineria Trzebinia[8].

Przypisy

edytuj
  1. a b c Andrzej Roszkowski, Biodiesel w UE i Polsce obecne uwarunkowania i perspektywy, „Problemy Inżynierii Rolniczej”, 77 (3), 2012, s. 65-67 [zarchiwizowane 2017-08-14].
  2. Wojciech Szczypiński-Sala, Piotr Strzępek, Własności smarne wybranych kompozycji biopaliw do silników o zapłonie samoczynnym, „Czasopismo Techniczne. Mechanika”, 105 (8), 2008, s. 143-150 [dostęp 2024-07-09].
  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), 2007, s. 27-28.
  4. Leszek Gil, Piotr Ignaciuk, Wpływ liczby kwasowej na smarność biopaliw, „Postępy Nauki i Techniki”, 11, 2011, s. 37–42 [dostęp 2024-07-09].
  5. Tomasz Łaczek, Analiza zmian jakości biopaliw B100 zachodzących podczas ich magazynowania w niskich temperaturach, „Nafta-Gaz”, 70 (2), Kraków 2014, s. 115–120 [dostęp 2024-07-09].
  6. a b c Hideki Fukuda, Akihiko Kondo, Hideo Noda, Biodiesel fuel production by transesterification of oils, „Journal of Bioscience and Bioengineering”, 92 (5), 2001, s. 405–416, DOI10.1016/S1389-1723(01)80288-7 [dostęp 2024-07-09] (ang.).
  7. Ayhan Demirbas, Competitive liquid biofuels from biomass, „Applied Energy”, 88 (1), 2011, s. 17–28, DOI10.1016/j.apenergy.2010.07.016 (ang.).
  8. Historia firmy [online], Orlen Południe [dostęp 2017-04-28].