INTERNACIONALNI UNIVERZITET TRAVNIK EKOLOŠKI FAKULTET ZAŠTITA ŽIVOTNE SREDINE
SEMINARSKI RAD BIODIZEL KAO VRSTA ALTERNATIVNOG GORIVA
Mentor : Mr. Haračić Nedžad
Student : Ganija Emir Broj indexa :
Travnik, Novembar 2012
SADRŽAJ:
1. UVOD 1.1. Dizel i ulje od kikirikija 1.2. Sve prednosti 1.3. Profitabilni nusprodukti
2. BIODIZEL I EKOLOGIJA 3. PREDNOSTI BD U ODNOSU NA DIZEL 3.1 Zašto biodizel
4. PROIZVODNJA BIODIZELA – FAME 4.1. Hemijska reakcija, sirovine i pomoćni materijali
5. ZAKLJUČAK 6. LITERATURA
1. UVOD: Sunce, voda, vjetar, otpad, biomasa i biodizel postali su nova nada za čovječanstvo od trenutka kada je postalo jasno da će izvori najmoćnijeg i najskupljeg energenta - nafte - kad tad presušiti. Vrtoglavi rast cijene galona crnog zlata i prijetnja koju nafta predstavlja okolišu samo su dodatno potakli razvijene zemlje svijeta da se okrenu tim obnovljivim i alternativnim izvorima energije iz kojih je na zapadu niknula potpuno nova, ekološki prihvatljiva industrija. Ta je industrija svijetu donijela nove izvore energije, sigurniji okoliš, napredak poljoprivrede i desetke tisuća novih radnih mjesta. BiH je od te priče u praksi dosta daleko, ali je ipak prepoznala šansu koja joj se pruža. Unatoč činjenici da zanemarujemo goleme potencijale alternativnih izvora energije poput sunca, vode i vjetra, već dugo postoji volja da napokon iskoristimo ono što nam doslovce stoji pred nosom, poljoprivredne površine za sadnju uljarica koje su glavna sirovina za proizvodnju biodizela. Integracijom BiH u WTO i CEFTA-u, a posebno članstvom naše zemlje u EU,dovršit će se tranzicija našeg gospodarstva u tržišni model, svojstven razvijenim zapadnoeuropskim zemljama. Zbog toga se reforma energetskog sistema mora provoditi na način da se prate svi procesi u BiH
uz
zadovoljavanje svih međunarodnih zahtjeva ekološke i energetske sigurnosti. Danas su u BiH potpuno liberalizirani uvoz, prodaja i distribucija naftnih derivata. Rafinerijska prerada nafte zbog visokih troškova proizvodnje i prodaje nedovoljno je konkurentna. Stoga će se udio domaće nafte na bh. tržištu postupno smanjivati. Zakonska regulativa mora osigurati jasna i po europskim standardima utvrđena tržišna pravila, sigurnu i kvalitetnu opskrbu naftom i naftnim derivatima, zaštitu državnih interesa te zaštitu pučanstva i okoliša. Program korištenja energije biomase i otpada BIOEN ima za cilj osiguranje svih preduvjeta i uklanjanje prepreka za poticanje i povećanu uporabu ogrjevnog drva, drvnog otpada, slame, biljaka, otpada te plinovitog (bioplin) i tekučeg (etanol, metanol i bionafta) biogoriva u proizvodnji energije. Za nositelja projekta postavljeno je Ministarstvo poljoprivrede i šumarstva, koje je za pripremu i provedbu projekta imenovalo radnu skupinu. Prva zadaća stručnjaka radne skupine iz različitih struka bila je izrada Studije izvodljivosti proizvodnje biodizelskog goriva u B i H.
1.1.Dizel i ulje od kikirikija
Biogoriva su se pokazala najvrjednijim oblikom obnovljivih energetskih izvora. Mogu se koristiti u različitim oblicima i tehnološkim postupcima, energetska vrijednost im je jednaka gorivima proizvedenim iz mineralnih sirovina i, što je najvažnije, biogoriva su gotovo potpuno neškodljiva za okoliš. U svijetu su u upotrebi dvije vrste biogoriva. Alkoholna biogoriva, koja se dodaju ili čak potpuno zamjenjuju benzin u benzinskim motorima, te biodizel (biljna ulja), gorivo koje se dodaje ili potpuno zamjenjuje dizel iz nafte u dizelskim motorima. Povijest upotrebe biodizela kao pogonskog goriva seže još u daleku 1900-tu godinu kada je na Svjetskoj izložbi u Parizu Rudolf Diesel predstavio svoj novi izum - dizelski motor koji je pokretalo ulje od kikirikija. No, sve se i završilo na toj demonstraciji, jer je nafta tada bila jeftinija. Tek 1973. godine, kada je nastupila prva svjetska naftna kriza, razvijene zemlje počele su ozbiljnije razmišljati o proizvodnji i korištenju biodizela. Danas je već svim zemljama, članicama Europske zajednice, propisima uvjetovano da do kraja 2006. godine sva dizelska goriva koja se proizvode ili distribuiraju na prostorima EU moraju u sebi sadržavati najmanje 5 posto biodizela (za petnaest godina čak 20 posto svih
energetskih potreba dolazilo bi iz biogoriva). Korištenje biodizela postavili su jednim od osnovnih preduvjeta za ostvarivanje načela održivog razvoja.
1.2. Sve prednosti
Što je ustvari biodizel i zašto je upravo danas, kad se najviše razgovara o energetskoj neovisnosti i smanjenju emisije stakleničkih plinova, upravo taj energent dobio potpuni prioritet? Biodizel je motorno gorivo koje se dobiva hemijsko-tehnološkim postupkom transesterifikacije s metanolom iz ulja uljane repice, soje i drugih uljarica. Može se dobiti i recikliranjem iz otpadnih prehrambenih ulja i životinjskih masti. Osim što je po svojim energetskim sposobnostima jednak običnom dizelu, ima puno bolju mazivost, pa značajno produžava radno trajanje motora. Najvažnije su njegove osobine vezane uz smanjenje onečišćenja okoliša. Prilikom rada motora, na ispušnoj cijevi se oslobađa čak 10 posto kisika. Biodizelska goriva ne sadrže sumpor ni teške metale, koji su glavni onečišćivači zraka prilikom upotrebe dizela dobivenog iz nafte. Količina ugljičnog dioksida, glavnog stakleničkog plina, približno je ista onoj količini koju je biljka apsorbirala tokom rasta. Zbog toga se biodizelsko gorivo često naziva i CO 2 neutralno gorivo. Transport biodizela gotovo je potpuno neopasan za okoliš, jer se dospjevši u tlo razgradi nakon 28 dana. Ako nafta tokom manipulacije ili transporta dospije u vodu, jedna litra zagadi gotovo milion litara vode, dok kod biodizela takvo zagađenje ne postoji, jer se on u vodi potpuno razgradi već nakon nekoliko dana.
1.3. Profitabilni nusprodukti
Zbog svojih brojnih pozitivnih osobina, biodizel je svoju najširu primjenu našao upravo u ekološkoj poljoprivredi, gdje je, po međunarodnim kriterijima, i jedini dopustivi energent. Bez upotrebe biodizela (ili nekog drugog biogoriva), danas se u EU ne može dobiti certifikat o čistoći ekološki proizvedenih poljoprivrednih proizvoda. Osnovni izvor sirovine za proizvodnju biodizela u Sjedinjenim Američkim Državama je soja, dok je to u Europi uljana repica. Ona čini čak 82 posto svih uljarica za biodizel. Prednost
uljane repice nije samo u jednostavnosti proizvodnje, već i u profitabilnosti, jer tu nema ostatka. Čak se nakon iskorištenja sjemenki, slama koristi kao energent. Primjerice, u Danskoj slama predstavlja vrlo važan dio ukupne poljoprivredne biomase iz koje se zadovoljava čak 6 posto ukupnih energetskih potreba. Pri proizvodnji biodizela iz uljane repice, nastaje čitav niz veoma profitabilnih nusprodukata, poput pogače ili sačme, koja je visokovrijedan proteinski dodatak stočnoj hrani. Dobivamo i glicerol, koji se koristi kao sirovina u kozmetičkoj i farmaceutskoj industriji. Na kraju tehnološkog procesa, kao nusprodukt se dobiva i uljni mulj, koji se koristi kao visokokvalitetno gnojivo za povrtne kulture u ekološkoj poljoprivredi.
2. BIODIZEL I EKOLOGIJA Upotreba biodizela (u usporedbi sa fosilnim dizelom) pogodna je u smislu zaštite životne sredine tako što je smanjen emisije stakleničkih plinova kao i emisija drugih zagađujućih materija. Kvantifikacija ovih efekata na životnu sredinu vrši se popularnim pristupom «Wellto-Wheel» (WTW), gdje se vrši mjerenje neto emisije tokom cjelokupnog lanca proizvodnje potrošnje. Sa druge strane, WTW rezultat emisije može značajno da fluktuira od slučaja do slučaja, u zavisnosti od samog procesa proizvodnje i upotrebe nusproizvoda. Stoga su pozitivni efekti emisije prilikom upotrebe biodizela dobiveni na bazi mjerenja ispušnih plinova (osim CO2, koji se uvijek mjeri na WTW bazi), pošto se ovi parametri mogu precizno odrediti. Osnovna prednost upotrebe biodizela kao obnovljivog goriva je značajno smanjenje emisije CO2.
Također je smanjena emisija sumpornih oksida, zagađujućih čestica i
ugljenmonoksida. Prednosti i nedostaci upotrebe biodizela zavise u mnogome od toga koja se mješavina koristi, kao i od rada motora odnosno vrste motora. Vrijednosti potencijalnog smanjenja emisije pojedinačnih zagađujućih materija prilikom upotrebe biodizela dane su daljem tekstu. Ugljendioksid (CO2): Na WTW bazi, svaka tona fosilnog dizela dodaje oko 2,8 t CO2 u atmosferu. Specifičan sadržaj ugljendioksida jedne tone biodizela je nešto manji, 2,4 t CO2. Može se pretpostaviti da će ovaj ugljendioksid biti u potpunosti iskorišten sljedeće godine od strane usjeva koji će dati sirovinu za proizvodnju biljnog ulja, kao i apsorbiran kroz ugljenični ciklus (kao glicerol i čvrsti otpad). Zato se može reći da je neto CO2 emisija prilikom upotrebe biodizela, kada se promatra na WTW bazi, skoro jednaka nuli.
Sumporni oksidi (SOx): Danas, 1 t konvencionalnog fosilnog dizela u EU sadrži maksimum 350 ppm sumpora u prosjeku. Kada dizel sagorijeva, sumpor se oslobađa u atmosferu u obliku sumpordioksida, doprinoseći formiranju kiselih kiša. Biodizel skoro da nema sumpora (sadržaj sumpora 0-0.0024 ppm). Sa druge strane, u EU se konstantno promovira upotreba dizel goriva sa malim sadržajem sumpora-ispod 50 ppm (Velika Britanija), ispod 10 ppm (Švedska). Dušični oksidi (NOx): Emisija dušičnih oksida iz biodizela može se povećati ili smanjiti u odnosu na emisiju iz fosilnog dizela, a u zavisnosti od generacije motora i procedure po kojoj se testiraju. Emisija dušikovih oksida iz čistog biodizela se povećava za oko 6% u prosjeku u odnosu na fosilni dizel. Obzirom na nedostatak sumpora u biodizelu moguće je koristiti tehnike kontroliranja dušikovih oksida koje je nemoguće koristiti kod fosilnog dizela. Ugljenmonoksid (CO): Biodizel sadrži oksigente koji poboljšavaju proces sagorijevanja i smanjuju emisiju. Ova činjenica značajno smanjuje (najmanje 20%) emisiju ugljenmonoksida. Čvrste čestice: Udisanje zagađenih čestica dokazano je kao ozbiljan problem i opasnost po zdravlje čovjeka. Emisija u ispušnim plinovima ovih čestica je kod biodizela 40% manja nego kod fosilnog dizela. Biodegradabilnost : Fosilni dizel se razlaže samo 50% u toku prvih 21 dan poslije prosipanja, dok se biodizel razlaže 98% bez posljedica, za isto vrijeme. B100 smanjuje rizik od kancerogena za 94%, a B20 za 27%.
3. PREDNOSTI BIODIZELA U ODNOSU NA DIZEL Tehnički aspekti:
Osigurava bolje paljenje i podmazivanje motora što znači veću efikasnost i trajnost
Bolje čuvanje i rukovanje: tačka ključanja oko 150 °C – fosilni dizel oko 70 °C
Ne zahtijeva prepravke na motorima
Nije potrebno mijenjati transportne i skladišne sisteme radi korištenja biodizela
Ekološki aspekti:
Smanjena emisija staklenih plinova, čestica i aromata: CO 2, CO, SO2, NO2, čađ, benzol, toluol
Neotrovan Bio-degradabilan
Energetski aspekti:
Osnovne sirovine obnovljive
Umanjuje potrebe za uvozom nafte i rizik u snabdijevanju
Ekonomski aspekti: Na makroekonomskom nivou, razvoj proizvodnje biodizela utječe na sljedeće indikatore:
Zaposlenost
Povećanje industrijske proizvodnje
Dodatno prelijevanje sredstava ka poljoprivredi
Doprinos ekonomskom razvoju ruralnih sredina
Povećanje deviznih rezervi
Smanjenje zavisnosti makroekonomskih parametara od vanjskih faktora
3.1 Zašto Biodizel ?
Potrebe za povećanom sigurnosti u snabdijevanju tekućim gorivom za transportni sektor i poljoprivredu pomoću obnovljivog izvora
Potreba da se koristi kao gorivo u dizel motorima koje manje zagađuje okolinu, a istovremeno ne zahtijeva prepravke na motorima i može se miješati sa fosilnim dizelom
Osigurava korisniku pouzdano gorivo sa nižom cijenom
Rješenje problema:
smanjena emisija plinova (pogotovo CO2) koji učestvuju u efektu staklenika i njihov utjecaj na globalnu klimu
Ratifikacijom Kyoto protokola EU se obavezala da smanji ukupnu emisiju plinova za 8% do 2012. u usporedbi sa nivoom 1990. godine.
4. PROIZVODNJA BIODIZELA – FAME 4.1. Hemijska reakcija, sirovine i pomoćni materijali Biodizel – najčešći je naziv za metil ester masnih kiselina ( FAME – Fatty Acid Methyl Esters) koji se u velikoj većini slučajeva proizvode iz sirovog repičinog ulja. Po hemijskom sastavu Biodizel je monoalkalni ester viših masnih kiselina. Postupak proizvodnje zasniva se na reakciji transesterifikacije u kojoj hemijski reagiraju biljna ulja i metanol uz prisutnost natrij hidroksida kao katalizatora. Hemijski postupak uvođenja metilnog alkohola u triglicerid je relativno jednostavan i reakcija se počinje odvijati već na sobnoj temperaturi te u industrijskoj proizvodnji nisu potrebne visoke temperature i tlakovi. Ovaj postupak u našem slučaju odvija se na temperaturi nešto nižoj od temperature ključanja metanola i na atmosferskom tlaku. Hemijske komponente koje se koriste i nastaju u procesu proizvodnje nisu visoko korozivne te nema posebnih zahtijeva za vrstama i kvalitetom materijala iz kojih je izrađeno postrojenje od uobičajenih materijala koji se koriste u hemijskoj industriji. Hemijskom reakcijom nastaju metil esteri masnih kiselina zajedno s ostalim sporednim spojevima i manje željenim produktom: GLICERINOM u kojem su otopljeni sapuni masnih kiselina, voda, metanol i dio metil estera viših masnih kiselina. Količina sporednih produkata ovisi o kvaliteti i čistoći osnovnih sirovina kao i o tehnološkim uvjetima odvijanja kemijske reakcije. Metil esteri masnih kiselina, u našem slučaju metil esteri repičinog ulja, pripadaju skupini derivata srednje dugih lančanih masnih kiselina ( C 16 – C18 ) koji pokazuju strukturnu sličnost sa n-cetanom odnosno molekulama iz mineralnog dizelskog goriva. Ovakva sličnost postiže se reakcijom transesterifikacije u kojoj se odigrava zamjena trovalentnog alkohola – glicerina iz triglicerida s jednovalentnim alkoholom – metanolom odnosno u hemijskoj
reakciji nastaju jedna molekula glicerina i tri molekule metil estera masnih kiselina. Novonastali esteri masnih kiselina imaju niži viskozitet od sirovog ulja uljane repice. Molekule pokazuju strukturnu sličnost s molekulama mineralnog dizel goriva.
Što se vidi i na ovoj slici gdje se s dva gornja lanca pokazuje struktura molekula metil estera masnih kiselina u usporedbi s donjim lancem C-16 cetana kao najvažnije komponente dizelskog goriva mineralnog podrijetla. Konačni proizvod metilni ester repičinog ulja ( FAME ), odnosno biodizel, vrlo je sličan mineralnom dizelu po svojim svojstvima kao gorivo, ali nije opasan ni po jednom od sljedećih kriterija: nije lako zapaljiv, nije štetan za zdravlje, ne zagađuje vode, ne zagađuje zrak, biološki se razgrađuje. Metanol ( metilni alkohol CH3OH ) je najjednostavniji alkohol, bezbojna je tekućina koja ima miris kao obični etilni alkohol, ključa pri 64,5°C, miješa se u svim omjerima s vodom, etil alkoholom i mnogim drugim organskim otapalima, a i otapa veliki broj neorganskih soli također i nitrocelulozu, a u manjoj mjeri otapa masti i ulja. Do 1923. godine proizvodio se jedino u postupku suhe destilacije drva, a od tada, primjenom drugih tehnoloških postupaka proizvodi se uglavnom sintetički metanol. Troši se najviše u proizvodnji akrilnih plastičnih masa, organskih otapala, razrjeđivača i dr.
Posebne mjere potrebno je primjenjivati samo kod skladištenja metanola koji je lako zapaljiva tekućina i klasificiran je i kao otrovna kemikalija. Stoga je potrebno osigurati posebne uvjete skladištenja i manipuliranja u tehnološkom procesu, kao i zaštitu u radnom prostoru sukladno propisima. Glicerin (glicerol) je trohidroksidni (trovalentni) alkohol (formule: CH2OH-CHOHCH2OH), bez mirisa, bez boje, sirupasta tekućina slatkastog okusa. Otapa se u vodi i alkoholu. Proizvod je saponifikacije ulja i masti, a može se dobiti i fermentacijom šećera. Koristi se za proizvodnju nitroglicerina i drugih eksploziva, proizvodnju kozmetičkih preparata, preradi kože i dr. Temperatura ključanja mu je 290°C. U postupku transeterifikacije ulja iz uljane repice i proizvodnje biodizela glicerin je nusproizvod i tek nakon određenog pročišćavanja može se upotrebljavati u industrijske svrhe. Pročišćavanje glicerina je kompliciran i tehnološki zahtijevan postupak, te su postrojenja manjeg kapaciteta za preradu i proizvodnju čistog glicerina neekonomična, već je uobičajeno njegovo skupljanje iz više postrojenja proizvodnje biodizela i njegova prerada na velikim tehnološkim linijama za proizvodnju čistog glicerina kod specijaliziranih prerađivača. Moguće je korištenje dobivenog glicerina iz procesa proizvodnje biodizela bez dodatne prerade i pročišćavanju sljedećim situacijama: 1) kao tekuće gorivo za proizvodnju toplote izgaranjem 2) u postupku prešanja piljevine u briket dodaje se za povećanje kalorijske vrijednosti briketa, na isti se način koristi i kod izrade briketa od pogače uljane repice nakon prešanja Savremeno postrojenje o kakvom ovdje govorimo sastoji se iz sljedećih dijelova:
prihvat i skladištenje sirovog jestivog ulja i metanola
priprema sirovine – rafinacija
esterifikacija sa metanolom
gravitaciona reakcija i separacija s odvajanjem estera od glicerinske faze
čišćenje proizvoda – ekstrakcija
destilacija vode i metanola – sušenje
aditiviranje i filtracija estera
skladištenje estera – biodizela
regeneracija metanola
obrada sekundarnih voda do nivoa demineralizacije vode
uklanjanje čvrstih ostataka po filtraciji
spaljivanje ekološkog goriva na bazi sirovog glicerina
laboratorij
Shema postrojenja za proizvodnju metil estra repičinog ulja
5. ZAKLJUČAK: Biodizel bi u dogledno vrijeme bio ekonomično rješenje, ali pod uvjetom da njegovu proizvodnju prati odgovarajuća zakonska, ekološka i ekonomska politika koja bi poticala njegovu primjenu. Projekt BIODIZEL ima za cilj trajnu skrb o proizvodnji i korištenju biodizelskog goriva u BiH i o zaštiti okoliša, obuhvata sve tehničke, tehnološke, zakonske i ostale mjere za poticanje, proizvodnju i korištenje biodizelskog goriva u BiH. Kao osnovni razlozi za pokretanje projekta BIODIZEL mogu se izdvojiti: Nadomještanje dijela fosilnih goriva koja se uvoze obnovljivim gorivom, te veća sigurnost opskrbe energijom diverzifikacijom energetskih izvora i dobavljača, uvođenje "treće kulture" (osim pšenice i kukuruza), kojom bi se osigurao dodatni i sigurniji prihod poljoprivrednim proizvođačima u BiH, omogućilo bolje iskorištavanje mehanizacije, te povećala rentabilnost poljoprivredne proizvodnje, otvaranje novih radnih mjesta i zadržavanje stranih sredstava plaćanja u zemlji, makroekonomski (izvozno) je za BiH proizvodnja uljane repice puno povoljnija od pšenice (pogotovo nakon ulaska u WTO), a prisutne su i objektivne klimatske i pedološke prednosti za tu proizvodnju, korištenje zapuštenih obradivih poljoprivrednih površina, smanjenje emisije stakleničkih plinova prihvaćeno potpisivanjem sporazuma iz Kyota (biodizel je "CO2-neutralno" gorivo), smanjenje onečišćenja zraka uslijed boljeg izgaranja goriva u motoru, a time pozitivan utjecaj na okoliš, kvalitetu života stanovništva te na javno zdravlje, smanjenje rizika onečišćenja voda korištenjem biološki razgradivog energenta. Na kraju napominjemo kako je iznimno bitno da država u ovaj projekt ne krene bez edukacije ljudi koji trebaju trošiti biodizel. U Češkoj, primjerice, takve edukacije i promidžbe nije bilo pa se iz neinformiranosti i neznanja javio strah građana za njihove automobile. Da se to ne bi dogodilo i nama, neophodno je pokrenuti promidžbu koja bi vlasnicima vozila objasnila da biodizel ne samo da ne šteti motoru, nego, dapače, produljuje njegov vijek trajanja. Malo tko, recimo, zna da kad izvan Hrvatske toči Eurodizel, zapravo toči gorivo u kojem je pet posto biodizela.
Vrijeme je, dakle, da se ljude poduči što je biodizel i zašto je upravo taj energent dobio potpuni prioritet u 21. stoljeću.
6. LITERATURA - Energetika – Biodizel - Miroslav Kamenski, dipl.ing - Tehnološki postupak proizvodnje «Fame» - Denis Ivanov, dipl.ing.
