Biodiesel

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

Biodiesel B100 z oleju sojowego

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].

OtrzymywanieEdytuj

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].

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][6].

HistoriaEdytuj

W Polsce produkcję biopaliw jako pierwsza uruchomiła Rafineria Trzebinia[7].

PrzypisyEdytuj

  1. a b c Andrzej Roszkowski, Biodiesel w UE i Polsce obecne uwarunkowania i perspektywy, „Problemy inżynierii rolniczej”, 77 (3), 2012, s. 65-67, ISSN 1231-0093 [zarchiwizowane z adresu 2017-08-14].
  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. Ayhan Demirbas, Competitive liquid biofuels from biomass, „Applied Energy”, 88 (1), 2011, s. 17–28, DOI10.1016/j.apenergy.2010.07.016 (ang.).
  7. ORLEN Południe, www.orlenpoludnie.pl [dostęp 2017-04-28].