Ugrás a tartalomhoz

Environmental management

Prof. Tamás János, Prof. Blaskó Lajos (2008)

Debreceni Egyetem a TÁMOP 4.1.2 pályázat keretein belül

13.7. Biodízel előállítás technológiái

13.7. Biodízel előállítás technológiái

A biodízel előállítás alapanyagát az olajos magvú növények adják. A növényolaj előállításához leggyakrabban használt növények a repce, napraforgó, len, kukorica, olíva, szója, mogyoró és a kókusz.

A hagyományos mezőgazdasági gépekkel való betakarítás és a hazánkban való termeszthetőség szempontjából nálunk a repce és a napraforgó jöhet számításba. Ezekből az általában sajtolás útján kinyert olajok kedvező lehetőséget nyújtanak a motorhajtóanyagokként vagy közvetlen eltüzeléssel való hasznosítására, mivel termeszthető üzemanyagként megújuló energiaforrást jelentenek.

Legalább három módja van annak, ahogyan növényi és állati eredetű zsiradékokat dízelmotorok meghajtására használhatunk. Mindhárom módszer alkalmazható friss és használt zsiradékkal is.

  • Használhatjuk a zsiradékot módosítás nélkül - a továbbiakban az angol straight vegetable oil (módosítatlan növényi olaj) név után az SVO rövidítést használjuk.

  • Keverhetjük kerozinnal, benzinnel vagy biodízel üzemanyaggal.

  • Átalakíthatjuk biodízellé.

A hidegen vagy melegen sajtolt formában átalakítás nélkül közvetlenül az arra eredetileg is alkalmas vagy átalakított dízelmotorokban használva, másrészt a módosított ún. észterezett formában is, amikor a növényi olajt alakítjuk át a dízelmotorok igényeihez. Az első esetben a megtisztított, szűrt vagy ülepített növényi olajt, vagy már egyszer-többször felhasznált (használt sütőolajok) olajakat hasznosíthatjuk a motorban, bár ilyen alkalmazást csak a régebbi típusú, robosztus motorok (előkamrás vagy örvénykamrás) tűrnek el károsodás nélkül.

A modernebb nagynyomású dízelmotorokat az átalakítás nélküli növényolaj használat tönkre teszi. Ezeknél a motoroknál legfeljebb csak a biodízel használható üzemanyagként. http://www.energiacentrum.com/news/novenyolaj_biodizel

A biodízel fogalmát egyre inkább csak az észterezéssel átalakított termékre használják. Az olajmag-termelésre alkalmas növényekből észterezéssel biodízel állítható elő, illetve tüzelőberendezésben hőenergia előállításra lehet felhasználni. A biodízel előállításához elvben bármelyik növényi olaj (napraforgó, olíva, repce, szója, pálma, stb.) alkalmas, a biodízel-iparág leggyakoribb nyersanyagforrása Európában a repce és a napraforgó, az USA-ban a szója és a napraforgó, Kanadában a repce és a fenyőpulp-gyanta. A biodízel üzemanyagnak és a bio-kenőolajnak számos előnye van a dízelolajjal és a kőolaj-alapú kenőanyagokkal szemben. A biodízel kipufogógáz összetétele kedvezőbb, mint a dízelolaj-emisszióé. A biodízel nemcsak kevésbé környezetszennyező hajtóanyag, hanem – a bio-kenőolajjal együtt – biológiailag lebontható, tehát fáradtolaj-problémát nem okoz. http://ehosz.hu/energiahatekonysag/energetikai-kisszotar/

A biodízel zsírsavak metil- vagy etil-észtere. A biodízel tisztább, mint módosítatlan növényi olaj (SVO), bármilyen dízelüzemű motorhoz használható, a motor átalakítása nélkül, ráadásul a hideg időben mutatott tulajdonságai jobbak. Az átalakítás nélküli növényi olajjal (SVO)- ellentétben az átészterezett biodízelt hosszú ideje tesztelik, használják a világ számos országában. A biodízel tiszta, biztonságos, használatra kész alternatív üzemanyag, az SVO üzemanyag-rendszerek jó része azonban még mindig csak kísérleti fázisban van. Másrészt a biodízel jóval drágább, mert az átészterezés költsége és energiafelhasználása is terheli. http://technologia.chem.elte.hu/hu/zoldkemialabor/Biodizel.pdf

A biodízel előállításának egyik kulcs eleme az észterezés során keletkező glicerin elválasztása. E műveletnek jelenleg elérhető leghatékonyabb eszköze az erre a célra kifejlesztett centrifugális szeparátorok alkalmazása.

E folyamat során az olaj több egymást követő, megfordítható lépésben reagál az alkohollal, miközben észterek és glicerin keletkezik Az átészterezés katalizátor jelenlétében és anélkül is lefolytatható. Katalizátorként rendszerint alkáli vegyületeket (NaOH, KOH), vagy savakat (kénsavat, sósavat), vagy enzimeket (lipázokat) használnak. A katalizátor jelenlétében lefolytatott átészterezési reakciót követően a nem reagált frakciókat visszanyerik, az észtert tisztítják, majd elválasztják a glicerint és a katalizátorokat a reagensektől és a reakcióterméktől (13.25.ábra). E folyamat ezért igen költséges, és sok energiát igényel. Különösen az okoz problémát, hogy az olaj és az alkohol elegyítéséhez intenzív keverés szükséges. Emellett problémát jelent a katalizátornak a reakciót követő szeparálása is. http://www.omikk.bme.hu/collections/mgi_fulltext/energia/2005/02/0208.pdf

13.25. ábra: A növényolajok észterezése folyamata és a folyamatban résztvevő anyagok Forrás: http://www.reak.bme.hu/MTAEB/files/konferencia_20070508/3_3_Dr_Bereczky_Akos_MTAEB_20070508.pdf

Biodízel fogalma általában a telítetlen zsírsavakból előállított metil észtert takarja. Alapanyagai lehetnek a növényi olajok, állati zsiradékok és használt sütőolajok. Hazánk agroökológiai adottságai alapján a legfontosabb termesztett alapanyag a repce és a napraforgó lehet. A világ és az EU számos országában évtizedek óta alkalmazzák a biodízelt üzemanyagként, az előállítás és felhasználás gyakorlata kialakult.

A biodízel előállításának első fázisa a növényolaj-préselés (vagy használt sütőolaj szűrés), majd az ezt követő kémiai átalakítás, amely egy összetettebb folyamat. A növényi olajok nyers formájában történő alkalmazása - azok trigicelid tartalma miatt - számos motortechnikai és tárolási problémát okozhat, amelyek átészterezéssel minimálisra csökkenthetőek, az így nyert bio-üzemanyag a biodízel (észterezett növényi olaj v. állati zsiradék). Az olajpréselés során jelentős mennyiségű olajpogácsa keletkezik, amely értékes fehérje dús takarmány, de energetikai célra is felhasználható. Az észterezés mellékterméke a glicerin, amely vegyipari, vagy energetikai (tüzeléstechnika, biogáz-fejlesztés) célra hasznosítható. http://www.vm.gov.hu/main.php?folderID=2002

Növényi olajokból vagy állati zsírokból tevődik össze, ami fosszilis hajtóanyag és motorolaj helyettesítéseként, vagy azzal keverve pótanyagként használható. A kőolajjal szemben a biodízel és motorolaj alapanyagai viszonylag gyors biológiai folyamatoknak az eredménye. A legkedvezőbb tulajdonságú biodízel olajnövények közé tartozik a repce, a napraforgó, a szója és egyes pálmafajták. Ezekből készül a biodízel. http://www.okoline.hu/

A 13.26. ábra a repce alapú biodízel gyártás főbb technológia lépéseit,. A 27 ára a gyártásban résztvevő anyagok mérlegét mutatja be.

13.26. ábra: Repce alapú biodízel gyártás technológiája és hektáronkénti hozama Forrás: http://www.plateforme-biocarburants.ch/en/infos/bioethanol.php

13.27. ábra A növényi olaj alapú bio-motorhajtóanyagok előállítási technológiája és anyagmérlege Hajdú J. (2006) https://www.ddkkk.pte.hu/~bnemet/KorFiz-PPT/FVM-MGI-Biomotorhajtoanyag-Hajd

A 19. táblázat egy megvalósult biodízel üzem termelő kapacitását, a termelés anyagszükségletét és az alapanyag termeléséhez szükséges földterület igényt mutatja. Az üzem ellátásához szükséges több ezer hektárnyi repce termőterületből, valamint a repce legalább négy éves önmaga utáni termeszthetőségéből következik, hogy gazdaságosan üzemelő biodízel üzem alapanyag szükséglete csak több termelő szervezett összefogásával valósítható meg.

13.19. táblázat: Biodízel üzem technikai kapacitás adatai és az alapanyag megtermeléséhez szükséges szántóterület: http://www.kozeptisza.hu/biodizel.htm