Biopaliwa: Źródła surowców rolnych do produkcji biodiesla

przez Paulina Wastowska

Biopaliwa- szansa dla rolnictwa

W dzisiejszych czasach w skali globalnej jak i krajowej Odnawialne Źródła Energii (OZE) są istotnym źródłem energii. Mając świadomość kurczenia się zasobów paliw kopalnych, podejmuje się odpowiednie działania prewencyjne, mające na celu zapewnienie dostępności oraz stabilizacji energii na rynku energetycznym. W tym kontekście należy zwrócić uwagę na intensywny rozwój produkcji biopaliw, które będą miały w niedalekiej przyszłości w jeszcze w większym stopniu niż dotąd zastąpić paliwa konwencjonalne. Mając na uwadze jak najefektywniejsze upowszechnianie produkcji i wykorzystania biopaliw wiele państw członkowskich Unii Europejskiej zachęca kraje członkowskie, poprzez stosowanie zwolnień w podatku akcyzowym, do ich stosowania dzięki czemu biopaliwa stają się coraz bardziej konkurencyjne na europejskim rynku paliwowym. Najważniejszym aspektem decydującym o dalszym rozwoju i zastosowaniu biopaliw w życiu codziennym są źródła surowców rolnych do produkcji biopaliw, a w szczególności omawianego w niniejszym artykule biodiesla. Niemniej jednak, wykorzystywanie biopaliw na coraz większą skalę wiąże się bezpośrednio z ich masową produkcją. Dzięki wielu  nowoczesnym rozwiązaniom aparaturowym oraz procesowym można otrzymać biodiesla w sposób wydajniejszy, jak i coraz tańszy. Produkcji biodiesla można dokonać na wiele sposobów, jednak zawsze należy wybierać najoptymalniejsze rozwiązania technologiczne, bezpośrednio zależne od  rodzaju zastosowanego surowca.

Biodiesel- co to takiego?

Biodieslem nazywa się alternatywne paliwo do silników wysokoprężnych, tzw. silników Diesla, które składa się z estrów metylowych FAME (z j. ang. Fatty Acid Methyl Ester) lub etylowych FAEE (z j. ang. Fatty Acid Ethyl Ester) kwasów tłuszczowych. Biodiesel powstaje najczęściej podczas chemicznego przetworzenia olejów roślinnych lub w mniejszej mierze tłuszczów zwierzęcych albo odpadowych, dlatego używany przedrostek „bio” zaznacza jego biologiczny, odnawialny charakter. W celu uzyskania biopaliwa, jakim jest biodiesel, tłuszcz roślinny lub zwierzęcy olej poddaje się reakcji transestryfikacji. Reakcja ta przebiega pomiędzy trójglicerydami oraz  metanolem (lub etanolem) przy zastosowaniu katalizatorów (Rys. 1).

Rys. 1. Reakcja transestryfikacji, gdzie R jest mieszaniną różnych łańcuchów kwasów tłuszczowych, R' OH jest alkoholem (zazwyczaj jest to metanol R = CH3 lub etanol R’ = C2H5). Opr. wł. na podst. Lewandowski i in. 2013

Źródła surowców do produkcji biodiesla

W skali globalnej gatunki roślin do potencjalnej produkcji biodiesla są liczne i zróżnicowane ze względu na warunki klimatyczne oraz wybraną technologię przerobu danej rośliny na biopaliwo. Jednak należy zwrócić uwagę na  to, że tylko niektóre rośliny spełniają normy dla biodiesla. Do roślin oleistych, z których otrzymuje się biodiesla, zalicza się: bawełnę, soję, rzepak, sezam, słonecznik, arachidy, len i rącznik. Do drzew, z których można także otrzymać biopaliwo estrowe, zalicza się palmę kokosową, palmę olejową oraz oliwki. Większego znaczenia nabierają mniej popularne gatunki roślin olejowych, często niejadalne, przeznaczone do produkcji biopaliw II generacji, jak kokum, kauczukowiec, jatrofa, karanja, mahua, cheura oraz wiele innych. Innym źródłem surowców do wytwarzania biodiesla może być tłuszcz zwierzęcy, łój, smalec wieprzowy i wołowy, tłuszcze odpadowe, a ponadto olej posmażalniczy, tłuszcze garmażeryjne i odpadowe oraz tłuszcze z przetwórstwa drobiowego i rybnego. Bardzo obiecującymi surowcami do produkcji biodiesla mogą być oleje pochodzące z drobnoustrojów, mikroalg oraz owadów. Niektóre z nich mają odpowiednie składy kwasów tłuszczowych do wydajnej produkcji biodiesla lecz należy wziąć pod uwagę, że zawartość tłuszczu w larwach waha się w zależności od gatunku. Uprawa mikroalg staje się również coraz bardziej popularna wśród rolników.

Rzepak- najważniejszy surowiec rolny do produkcji biodiesla w Polsce i Europie

W Polsce najczęściej do produkcji biopaliw transportowych wykorzystuje się surowce pochodzenia rolniczego, przy czym to nasiona rzepaku mają największe znaczenie, także na terenie Unii Europejskiej. Rzepak (Brassica napus L.) jest rośliną oleistą, ma  rozgałęzione i wysokie pędy oraz żółte kwiaty. Forma ozima rzepaku, która musi ulegać okresowi jarowizacji, pozwala na uzyskanie wyższej zawartość tłuszczu w nasionach oraz lepszych plonów, przez co jest bardziej preferowana do produkcji biodiesla. Rzepak ozimy jest wymagającym gatunkiem, do prawidłowego wzrostu potrzebuje wysokiego poziomu nawożenia oraz regularnych zabiegów środkami ochrony roślin. Właściwie prowadzona produkcja nasion rzepaku jest pierwszym, a za razem również kluczowym etapem produkcji biodiesla. Nasiona, które wykorzystuje się do przerobu na cele spożywcze muszą być odmianami podwójnie ulepszonymi, oznaczonymi symbolem „00”, które nie zawierają kwasu erukowego (szkodliwego dla zwierząt) oraz mają niższą zawartość glukozynolanów (które złożone są ze związków siarkowych). Odmiany rzepaku do produkcji biodiesla mogą te składniki zawierać. Z drugiej strony biodiesel musi spełniać standardy zawarte w normie dotyczącej estrów metylowych jako paliw do silników wysokoprężnych tj. liczba jodowa (LJ) nie może przekraczać 120 jednostek, zawartość kwasu linolenowego powinna być poniżej 12%, a kwasy tetraenowe nie mogą występować. Z powyższego zestawienia wynika już, jak ważna jest rola rolnika w produkcji biodiesla, bo to warunki uprawy rzutują na skład ilościowo-jakościowy oleju. Nadprodukcja rzepaku w Europie będzie w większej skali przeznaczana na produkcję odnawialnych biopaliw ciekłych. Istnieje wiele sposobów produkcji biodiesla, które różnią się pomiędzy sobą szeregiem procesów, parametrów i rozwiązań aparaturowych. Ogólnie technologia produkcji biodiesla z nasion rzepaku składa się w uproszczeniu z następujących podstawowych procesów, do których należą: wstępne przygotowanie ziaren, tłoczenie oleju, ekstrakcja i oczyszczanie surowego oleju, reakcja transestryfikacji kwasów tłuszczowych zachodząca w reaktorach ciągłych lub okresowych, obróbka poprocesowa estrów metylowych, o czym szerzej będzie mowa w kolejnych artykułach na blogu.

Źródła:

  1. Godin B., Lamaudière S., Agneessens R., Schmit T., Goffart J.P., Stilmant D., Gerin P.A., and Delcarte J., Chemical Composition and Biofuel Potentials of a Wide Diversity of  Plant Biomasses, Energy Fuels 2013, 27, 2588−2598
  2. Gradziuk P., Grzybek A., Kowalczyk K., Kościk B., Biopaliwa, Wydawnictwo Wieś Jutra, Warszawa 2003.
  3. Izdebski W., Skudlarski J., Zając S., Wykorzystane surowców pochodzenia rolniczego do produkcji biopaliw transportowych w Polsce, Roczniki Naukowe, tom XVI, zeszyt 2.
  4. Lewandowski W.M., Ryms M., Biopaliwa. Proekologiczne odnawialne źródła energii, Wydawnictwo WNT, Warszawa 2013, ISBN 978-83-63623-73-9
  5. Łaska B., Myczko A., Golimowski W., Badanie wydajności prasy ślimakowej i  sprawności tłoczenia oleju w warunkach zimowych i letnich, Problemy Inżynierii Rolniczej, PIR 2012(X–XII): z. 4 (78) s. 163–170.
  6. Pinzi S., Leiva-Candia D., López-García I., Redel-Macías M.D., Dorado M.P., Latest trends in feedstocks for biodiesel production, Wydawnictwo Wiley Online Library, Biofuels, Bioprod. Bioref. 8:126–143 (2014).
  7. Soetaert W., Vandamme E. J., Biofuels, Ghent University, Ghent, Belgium, Wydawnictwo Wiley 2009.
Autor: Paulina Wastowska
Screenshot of Music Academy

mgr inż. Paulina Wastowska- absolwentka Wydziału Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej Kierunek Technologia Chemiczna oraz Wydziału Zarządzania Uniwersytetu Łódzkiego Kierunek Zarządzanie Biznesem. Moje zainteresowania skupiają się wokół tradycyjnych i nowoczesnych upraw rolniczych, rozwiązań mechanicznych w rolnictwie, a także wielu innych dziedzin powiązanych z rolnictwem.

comments powered by Disqus

Wróć

Serwis wykorzystuje ciasteczka (cookies). Korzystanie z witryny oznacza zgodę na ich zapis lub wykorzystanie. czytaj więcej