Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Παραγωγή βιοκαυσίμων Τα βιοκαύσιμα που παράγονται είναι η αιθανόλη, η μεθανόλη και το βιοντίζελ. Η αιθανόλη παράγεται με διαδικασία ανάλογης με αυτής της.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Παραγωγή βιοκαυσίμων Τα βιοκαύσιμα που παράγονται είναι η αιθανόλη, η μεθανόλη και το βιοντίζελ. Η αιθανόλη παράγεται με διαδικασία ανάλογης με αυτής της."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Παραγωγή βιοκαυσίμων Τα βιοκαύσιμα που παράγονται είναι η αιθανόλη, η μεθανόλη και το βιοντίζελ. Η αιθανόλη παράγεται με διαδικασία ανάλογης με αυτής της παραγωγής μπύρας (ζύμωση) από ζαχαρούχες, αμυλούχες, και κυτταρινούχες ουσίες και με κόστος που αναμένεται να εξισωθεί με εκείνο της βενζίνης. Είναι καθαρότερο καύσιμο με μειωμένες εκπομπές CO 2,SO 2 και πτητικών H/C. Για αυτό χρησιμοποιείται σε δρόμους με μεγάλη ρύπανση, όπως το Λος Άντζελες, μόνο του ή σε ανάμιξη με βενζίνη για την κίνηση οχημάτων (FFV, Flexible Fuel Vehicles). Στην Ελλάδα οργανώνονται ειδικές καλλιέργειες ενεργειακών φυτών, όπως η αγριαγκινάρα, το σακχαρούχο σόργο και ο αραβόσιτος. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

2 Biodiesel To biodiesel ορίζεται ως «οι μονοαλκυλικοί εστέρες των λιπαρών οξέων μεγάλου μήκους αλυσίδος άνθρακος που προέρχονται από ανανεώσιμες πηγές λιπιδίων», όπως τα φυτικά ή τα ζωϊκά λίπη. Η ελαιοκράμβη κατέχει την πρώτη θέση, με ποσοστό 84 %. Έχει υψηλή περιεκτικότητα σε ελαϊκό οξύ. Ο ηλίανθος κατέχει τη δεύτερη θέση με ποσοστό 13 %. Ακολουθούν το φοινικέλαιο το λινέλαιο, το σογιέλαιο, το ελαιόλαδο. To κραμβέλαιο παρουσιάζει υψηλή περιεκτικότητα σε ελαϊκό οξύ, ικανοποιητική σταθερότητα ελαίου και πληροί την απαίτηση, για δέικτη ιωδίου < 115. Ο ηλίανθος, χρησιμοποιείται κυρίως στην Ιταλία και στη Ν. Γαλλία ακολουθούμενος από τη σόγια, και προτιμάται στις ΗΠΑ, με δείκτη ιωδίου>115, που είναι ένδειξη υψηλής περιεκτικότητας σε ακόρεστα λιπαρά οξέα. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

3 Φυτά για παραγωγή Biodiesel ΦΥΤΟΠεριεκτικό- τητα ελαίου Ποσοστό συμμετοχής (%) Ελαιοκράμβη Ηλίανθος Φοίνικας Βαμβάκι Σόγια Πηγή: Austrian Biofuels Institute, 1997 Καθαρό biodiesel B 100 από σόγια Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

4 Διαδικασία παραγωγής biodiesel -Εξαγωγή ελαίου -Εξευγενισμός του ελαίου -Μετεστεροποίηση 1. Εξαγωγή του ελαίου -Έκθλιψη -Εκχύλιση με διαλύτη -Έκθλιψη και εκχύλιση με διαλύτη Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

5 Εξαγωγή ελαίου Έκθλιψη: Το έλαιο μπορεί να παραχθεί με συνεχή εφαρμογή πίεσης στους σπόρους με μηχανικά πιεστήρια, που είναι συνήθως κοχλιωτά. Επίσης γίνεται προθέρμανση των σπόρων. Εκχύλιση με διαλύτη: Το προϊόν της σύνθλιψης διαβρέχεται με ένα διαλύτη, συνήθως εξάνιο. Στη συνέχεια απομακρύνεται το υπόλειμμα και εξατμίζεται ο διαλύτης, αφήνοντας το έλαιο. Η περιεκτικότητα σε έλαιο μπορεί να είναι μικρότερη του 1 %. Έκθλιψη και εκχύλιση με διαλύτη: Είναι ένας συνδυασμός των δύο μεθόδων αν και η εκχύλιση με διαλύτη είναι πολύ πιο ενεργοβόρος. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

6 Εξευγενισμός του ελαίου Ο εξευγενισμός μπορεί να περιλαμβάνει τα εξής στάδια: -Αφαίρεση των φωσφατιδίων: Γίνεται με όξινο νερό σε θερμοκρασία ο C και φυγοκέντρηση. -Εξουδετέρωση των ελεύθερων λιπαρών οξέων. Γίνεται στους ο C με διάλυμα καυστικού νατρίου. Τα προϊόντα που σχηματίζονται (σαπούνια) απομακρύνονται με φυγοκέντρηση. -Αποχρωματισμός: Αφορά την αφαίρεση μικρών ποσοτήτων καροτινο- ειδών και ξανθοφύλλης. Το προϊόν θερμαίνεται στους 90 ο C και διέρχεται από ειδικά φίλτρα διατομικών γαιών αποχρωματισμού. Αποτελεί μια δαπανηρή διαδικασία, καθώς χάνεται μέρος του ελαίου και χρειάζεται συχνή αντικατάσταση των φίλτρων. -Αποκήρωση: το ακατέργαστο ηλιέλαιο περιέχει κηρούς, έως 900 ppm. To % βρίσκεται μεταξύ φλοιού και ψίχας. Η αποκήρωση είναι υποχρε- ωτική και γίνεται σε θερμοκρασία 5 ο, στην οποία κρυσταλλώνονται όλοι οι κηροί. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

7 Μετεστεροποίηση Τα έλαια φυτικής προέλευσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν στους κινητήρες diesel, που έχουν υποστεί κάποιες μετατροπές. Για να μην υπάρξουν προβλήματα (φράξιμο φίλτρων, λόγω υψηλού ιξώδους ιδιαίτερα υπό ψυχρές συνθήκες), είναι απαραίτητη η περαιτέρω επεξεργασία τους. Η μετεστεροποίηση, παρουσία βασικού καταλύτη (NaOH, KOH) είναι η πιο οικονομική μέθοδος. Με τη μέθοδο αυτή επιτυγχάνεται η μετατροπή των τριγλυκεριδίων, που είναι τα κύρια συστατικά των φυτικών ελαίων σε μεθυλεστέρες. Αυτό γίνεται με ανταλλαγή μορίων γλυκερίνης, παρουσία καταλύτη, με 3 μόρια αλκοόλης ως εξής: Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

8 Αντίδραση μετεστεροποίησης CH 2 OCOR’CH 2 OH R’COOR CH 2 OCOR’’ + 3 ROHCH 2 OH + R’’COOR CH 2 OCOR’’’CH 2 OH R’’’COOR Τριγλυκερίδια ΑλκοόληΓλυκερίνη Mεθυλεστέρες (biodiesel) Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

9 Η διαδικασία της μετεστεροποίησης 1) Ανάμιξη της μεθανόλης και του καταλύτη Αντίδραση Το μίγμα μεθανόλης-καταλύτη προωθείται στον αντιδραστήρα, με συνεχή ή διακοπτόμενη ροή, και προστίθεται το έλαιο. Το μίγμα διατηρείται στον αντιδραστήρα των 65 ο C για 1-8 ώρες και αναδύεται ισχυρά. Χρησιμοποιείται περίσσεια μεθανόλης για την πλήρη μετατροπή του ελαίου σε εστέρες. Ο καταλύτης αντιδρά πρώτα με τα ελεύθερα λ.ο. και σχηματίζεται σαπούνι. Απομάκρυνση μεθανόλης Η μεθανόλη απομακρύνεται με τη διαδικασία της απόρριψης ή της απόσταξης. Ενώ λαμβάνονται μέτρα ώστε να αποφευχθεί η παρουσία νερού στη γραμμή ανάκτησης της μεθανόλης. Διαχωρισμός Μετά την απομάκρυνση της μεθανόλης απομένουν δύο προϊόντα, η γλυκερίνη και οι μεθυλεστέρες. Ο διαχωρισμός μπορεί να γίνει με φυγοκεντρικό διαχωριστήρα. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

10 Τελική διαδικασία 2) Εξουδετέρωση γλυκερίνης Η γλυκερίνη που παράγεται, περιέχει μη χρησιμοποιούμενο καταλύτη και σαπούνια, που εξουδετερώνονται με ένα οξύ (συνήθως υδροχλωρικό ή φωσφορικό) για να σχηματισθούν άλατα. 3) Έκπλυση μεθυλεστέρα Μετά το διαχωρισμό από τη γλυκερίνη οι μεθυλεστέρες εκπλένονται προσεκτικά με ζεστό νερό, για την απομάκρυνση του εναπομένοντος καταλύτη και των σαπουνιών, ξηραίνονται και αποθηκεύονται. Η καθαρότητα ανέρχεται στο 98% και μπορεί να διατεθεί σαν καύσιμο. Μπορούν επίσης να οδηγηθούν σε απόσταξη σε κενό, για μεγαλύτερη καθαρότητα. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

11 Biodiesel -Το παραγόμενο biodiesel μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας ή σε μίγμα με το πετρέλαιο κίνησης από τη στιγμή που παρουσιάζει παρόμοιες φυσικοχημικές ιδιότητες με αυτές του πετρελαίου. Οι κυριότερες ιδιότητες είναι: -Το κινηματικό ιξώδες -Ο αριθμός κετανίων -Η θερμογόνος δύναμη -Η πυκνότητα -Ο δείκτης ιωδίου Σε σύγκριση με το πετρέλαιο, το biodiesel παρουσιάζει: -μεγαλύτερη πυκνότητα, -μεγαλύτερο κινηματικό ιξώδες, -μεγαλύτερο αριθμό κετανίων και -μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε οξυγόνο, αλλά -έχει μικρότερη θερμογόνο δύναμη. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

12 Συγκριτικός πίνακας ελαίων Παράμετρ ος Μον άδα DieselΦοινικέλ αιο Κραμβέλ αιο ΗλιέλαιοΣογιέλ αιο Λινέλαιο Πυκνότητ α g/l Κιν. Ιξώδες (40 ο ) mm/ s 2,314,44,24,03,7 Αριθμός κετανίων > ,761,252,5 Δείκτης ιωδίου Θερμογόν ος δύναμη MJ/l35,532,432,8 33,0 Πηγή: ICTP, 1997 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

13 Παραπροϊόντα από την επεξεργασία ελαίων Στερεό υπόλειμμα Σε όλες τις περιπτώσεις που χρησιμοποιούνται ελαιούχοι σπόροι, παράγεται στερεό υπόλειμμα που είναι πλούσιο σε πρωτείνες και χρησιμοποιείται σαν ζωοτροφή. - Η πίτα της ελαιοκράμβης, που είναι αποδεκτή, για διατροφή μυρηκαστικών περιέχει 37 % ακατέργαστη πρωτεϊνη. - Η πίτα ηλιάνθου με χαμηλή περιεκτικότητα σε ίνες και υψηλή περιεκτι- κότητα σε πρωτεϊνες θεωρείται κατάλληλη για διατροφή βοοειδών. - Η πίτα της σόγιας που περιέχει 5-6 % έλαιο, όταν εξάγεται μηχανικά και περίπου 1 % όταν εξάγεται με τη χρήση διαλύτη, διατίθεται στο εμπόριο σαν 44 ή 48 % πίτα σόγιας και χρησιμοποιείται σαν ζωοτροφή. Γλυκερίνη Η γλυκερίνη που παράγεται στη μετεστεροποίηση, χρησιμοποιείται για την παραγωγή καλλυντικών, στη βιομηχανία εκρηκτικών, καπνού, τροφίμων, αφρού πολυουρεθάνης κ.α. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

14 Ισοζύγιο μάζας και ενέργειας Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος Μεθανόλη, 44Kgr Biodiesel

15 Παραγωγή και χρήση σε ευρωπαϊκό επίπεδο COUNTRY '000 TONNES* Germany 2861 France 1910 Spain 925 Italy 706 Belgium 435 Poland 370 Netherlands 368 Austria 289 Portugal 289 Finland * 288 Denmark/Sweden 246 Czech Republic 181 Hungary 149 UK 145 Slovakia 88 Lithuania 85 Romania 70 Latvia 43 Greece 33 Bulgaria 30 Ireland * 28 Slovenia 22 Cyprus 6 Estonia 3 Malta 0 Luxemburg 0 TOTAL 9,570 Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

16 Ειδικά Χαρακτηριστικά… Ένα κιλό χρήσης biodiesel oδηγεί σε μείωση 3 Κg παραγώμενου CO 2. Σήμερα καλλιεργούνται 3 εκατ. εκτάρια με φυτά για παραγωγή biodiesel στην Ε.Ε. Σήμερα υπάρχουν 120 βιομηχανίες παραγωγής στη Γερμανία, Αυστρία, Γαλλία, Ιταλία, Σουηδία, οι οποίες συμμορφώνονται με το πρότυπο ΕΝ14214 που εξασφαλίζει ποιότητα και απόδοση του προϊόντος. Η Volkswagen Group έχει εκδώσει έγγραφα που αναφέρουν ότι πολλά από τα οχήματά της είναι συμβατά με B5 και B100 biodiesel από κραμβέλαιο και συμβατά με το πρότυπο EN Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

17 Ειδικά Χαρακτηριστικά… Στη Γαλλία διατίθεται κυρίως σαν μίγμα 5 %, με το πετρέλαιο κίνησης. Επίσης χρησιμοποιείται στα δημοτικά ΜΜΜ, σαν ένα μίγμα 30 % με το πετρέλαιο κίνησης. Στην Αυστρία παράγεται από τους αγρότες και χρησιμοποιείται αυτούσιο στα γεωργικά μηχανήματα αλλά και στα ΜΜΜ. Στη Γερμανία χρησιμοποιείται 100 % σε αυτούσια μορφή, χωρίς ανάμιξη. Στις ΗΠΑ χρησιμοποιείται αυτούσιο σε στρατιωτικά οχήματα ή σαν μίγμα 20 % με το πετρέλαιο κίνησης. Στην Ιταλία, χρησιμοποιείται σε μονάδες κεντρικής θέρμανσης. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

18 Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Πλεονεκτήματα: -Ελαχιστοποίηση της μόλυνσης του αέρα -Χαμηλή τοξικότητα στους υδρόβιους οργανισμούς -Βιοαποδομησιμότητα Το biodiesel είναι οξυγονομένο καύσιμο με περιεκτικότητα περίπου 10 %. Το οξυγόνο είναι υπεύθυνο για τη μειωμένη εκπομπή ρύπων αλλά είναι και ο λόγος για τον οποίο έχει μικρότερη θερμογόνο δύναμη (7% χαμηλότερη). Σε σύγκριση με τους συμβατικούς πετρελαιοκινητήρες. Οι εκπομπές μονοξειδίου του άνθρακα παραμένουν ίδιες. Οι εκπομπές υδρογανανθράκων μειώνονται ουσιαστικά. Οι εκπομπές ΝΟ x αυξάνονται ελαφρά. Οι εκπομπές σωματιδίων μειώνονται σημαντικά. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

19 Τα ελληνικά δεδομένα… Στην Ελλάδα το biodiesel διακινείται μέσω των διϋλιστιρίων, τα οποία υποχρεούνται να προσθέτουν 6,5 % καθαρού biodiesel σε όλες τις ποσότητες του πετρελαίου κίνησης που διαθέτουν στην ελληνική αγορά. Τις ποσότητες αυτές τις προμηθεύονται από 14 ελληνικές παραγωγικές μονάδες και σε μικρότερο ποσοστό από εισαγωγείς. Πέραν αυτού απαγορεύεται το biodiesel να πωλείται αυτούσιο. Υποχρέωση της χώρας είναι να αντικαταστήσει το 6,3 % που πωλείται σήμερα να φτάσει στο 11 % το Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

20 Δυναμικό παραγωγής στην Ελλάδα Με την απελευθέρωση της πετρελαιοκίνησης και την αυξημένη κατανάλωση θα μπορούσε να ενθαρρυνθεί η κατανάλωση biodiesel σε ποσοστό 30, 50 ή και 100 %. Το 2009 η συνολική καταναλωση πετρελαίου κίνησης ήταν λίτρα και η ποσότητα biodiesel αποτελούσε περίπου το 4,1 % δηλαδή λίτρ. Η συνολική δυνατότητα παραγωγής είναι λίτρα. Η μετατροπή του τηγανελαίου σε βιοντήζελ είναι της τάξης του 90 %, δηλαδή 1 λίτρο τηγανελαίου ισοδυναμεί με 0,9 λίτρα biodiesel. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

21 Ελαιοκράμβη (Βrassica napus L. var. oleifera, οικ. Cruciferae) Κατάγεται από τη ΝΑ Ευρώπη, αλλά είναι διαδεδομένη στη ΒΔ και Κεντρική Ευρώπη, στον Καναδά, Ιαπωνία και ΗΠΑ. Διαθέτει ισχυρή πασσαλώδη ρίζα, οι βλαστοί είναι ευθυτενείς και μπορεί να φτάσουν τα 2 μέτρα ύψος. Οι σπόροι σχηματίζονται σε λεπτούς λοβούς και όταν ωριμάσουν γίνονται από πράσινοι, λαμπεροί μαύροι. Έχει ευρεία προσαρμοστικότητα γιατί αντέχει ως -18 ο και ευδοκιμεί σε περιοχές με ήπιο χειμώνα και δροσερό καλοκαίρι. Προτιμά γόνιμα εδάφη με ικανοποιητική υγρασία και pH 6-7,5. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

22 Καλλιεργητική τεχνική Ευνοείται από προηγούμενη καλλιέργεια σιτηρών ή/και ψυχανθών. Απαιτεί αζωτούχο λίπανση και επωφελείται από φωσφορική και καλιούχο. Ποσότητα σπόρου gr/ στρ. Η συγκομιδή γίνεται μηχανικά, στα τέλη Ιουλίου όταν γίνει φθινοπωρινή σπορά. Όπως και τα υπόλοιπα λάχανα, η ελαιοκράμβη προσβάλλεται από αδρομυκώσεις, αλτερνάρια, σήψη λαιμού, νηματώδεις και διάφορα έντομα. Οι εαρινές ποικιλίες έχουν συνήθως περισσότερο λάδι (38-44 %) σε σχέση με τις χειμερινές (37-40 %) αλλά υπολλείπονται σε στρεμματική απόδοση. Η απόδοση σπόρου με χειμερινή σπορά είναι 300 kg/στρ. και η εαρινή περίπου 200 kg/στρ. Εκτός από την ποσότητα ελαίου ενδιαφέρει και η απουσία επιβλαβών οξέων όπως το ερουκικό. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

23 Ηλίανθος (Helianthus annuus L., Compositae) Κατάγεται από την Κεντρική Αμερική. Έχει υψηλή περιεκτικότητα σε λάδι και κατέχει τη δεύτερη θέση μετά το σογιέλαιο. Η καλλιέργειά του στη περιοχή της Θράκης έφτασε το 1 εκατομμύριο στρέμματα. Έχει βαθύ ριζικό σύστημα πασσαλώδες μέχρι 5 μ. βάθος. Οι ταξιανθίες που είναι επάκριες μπορεί να φτάσουν τα 8-60 εκ. σε διάμετρο. Η ταξιανθία μπορεί να έχει άνθη και των ποικιλιών που είναι για πασσατέμπο μπορεί να φτάσει τα Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

24 Ειδικά χαρακτηριστικά Οι ταξιανθίες και τα νεαρά φύλλα εμφανίζουν ηλιοτροπισμό. Με τον ηλιοτροπισμό η φωτοσύνθεση αυξάνει κατά %. Έχει μικρό βιολογικό κύκλο (110 ημέρες) και απαιτούνται 11 ημέρες από τη σπορά άλλες 33 ημέρες μέχρι την εμφάνιση της ταξιανθίας, 27 ημέρες εώς την έναρξη της ανθήσεως και 8 για την ολοκλήρωσή της και η περίοδος ωρίμανσης διαρκεί 30 ημέρες. Η βλάστηση των σπόρων έχει μέγιστη απόδοση στους 15 ο C. Τα νεαρά φυτά αντέχουν ως τους -8 ο C. Άριστη θερμοκρασία για τη φωτοσύνθεση είναι οι 28 ο C. Η διευρυμένη βλαστική περίοδος επιτρέπει μέχρι 2 συγκομιδές. Ο ηλίανθος έχει υψηλό συντελεστή διαπνοής, γιατί διαθέτει πολλά και μεγάλα στομάτια. Εντούτοις θεωρείται ανθεκτικός στην ξηρασία. Αναπτύσσεται καλά σε ελαφρά εδάφη, οργανικά και με καλή αποστράγγιση. Είναι απαιτητικό φυτό σε άζωτο και φώσφορο αν και υπερβολική ποσότητα αζώτου μείωνει την περιεκτικότητα σε λάδι. Άριστο pH: 6-7,2. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

25 ΒΙΟ-ΑΙΘΑΝΟΛΗ Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

26 Γενικές πληροφορίες Η έλλειψη σχετικής νομοθεσίας οδήγησε στο να μην έχει η Ελλάδα ένα εργοστάσιο παραγωγής βιοαιθανόλης. Στην Ε.Ε η παραγωγή φτάνει τα 3,7 εκατομμύρια λίτρα. Η βιοαιθανόλη μπορεί να προστεθεί σε ποσοστό 5 % στη βενζίνη σύμφωνα με το πρότυπο ΕΝ 228. Αυτό το μίγμα δεν απαιτεί τροποποίηση του κινητήρα και καλύπτεται από τις εγγυήσεις του οχήματος. Με κατάλληλη μετατροπή του κινητήρα μπορεί να δεχτεί και καύσιμο 85 % (Ε85). Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

27 Οι υδατάνθρακες της φυτικής βιομάζας (κυτταρίνη και ημικυτταρίνη) και το άμυλο μπορούν να μετατραπούν σε σάκχαρα με τη μέθοδο της υδρόλυσης. Στη συνέχεια μετατρέπονται σε αλκοόλη, μέσω της ζύμωσης, η οποία συνιστά μια αναερόβια βιολογική διεργασία, που καταλύεται με τη δράση μικροοργανισμών, συνήθως ενζύμων, και προκύπτει η (βιο)αιθανόλη. Η αιθανόλη παράγεται με ενυδάτωση του αιθυλενίου: C 2 H 4 + H 2 0 → C 2 H 5 OH Η βιοαιθανόλη μπορεί να παραχθεί από πλήθος Η/C. H ζύμωση της σακχαρόζης πραγματοποιείται με ενζυμα και ακολουθούνται οι εξής διαδικασίες. -Υδρόλυση της σακχαρόζης σε γλυκόζη και φρουκτόζη. C 12 H 22 Ο 11 → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 σακχαρόζηγλυκοζη φρουκτόζη -Στη συνέχεια η γλυκόζη και η φρουκτόζη μετατρέπονται σε αιθανόλη. C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OΗ + 2CΟ 2 Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

28 Παραγωγή αιθανόλης Επίσης, το άμυλο μπορεί να μετατραπεί σε D-γλυκόζη, με τη βοήθεια του ενζύμου γλυκοαμυλάση. Αυτή η ενζυμική υδρόλυση ακολουθείται στη συνέχεια από τη ζύμωση, την απόσταξη, και την αφυδάτωση με σκοπό την παραγωγή άνυδρης βιοαιθανόλης. Το καλαμπόκι που περιέχει άμυλο σε ποσοστό % αποτελεί την πρώτη βασική ύλη παγκοσμίως για την παραγωγή βιοαιθανόλης. Οι υδατάνθρακες (κυτταρίνη, ημικυτταρίνη) που βρίσκονται σε λιγνοκυτταρινούχα υλικά μπορούν να μετατραπούν σε Β-Α αφού πρώτα υποστούν απολιγνινοποίηση (με ατμό υπό πίεση και όξινη προϋδρό- λυση). Στη συνέχεια γίνεται (ενζυμική υδρόλυση και ζύμωση). Με την υδρόλυση διασπώνται οι δεσμοί υδρογόνου των ημικυτταρινών και των κυτταρινών με αποτέλεσμα τη μετατροπή τους σε σάκχαρα: πεντόζες και εξόζες. Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

29

30 BIOAΙΘΑΝΟΛΗ Η αιθανόλη, μπορεί να παραχθεί με - βιοχημική ζύμωση υδατανθράκων ή - συνθετικά από ακατέργαστο πετρέλαιο, φυσικό αέριο ή κάρβουνο. Η Β-Α αποτελεί καύσιμο με τα εξής κύρια χαρακτηριστικά: -Έχει υψηλό βαθμό οκτανίων -Καίγεται χωρίς να παράγει στάχτη. -Άνυδρη Β-Α μπορεί να προστεθεί στη βενζίνη, αυξάνοντας τον αρ. οκτανίων, αντικαθιστώντας τον τετρα-αιθυλιούχο μόλυβδο. -Μπορεί να χρησιμοποιηθεί αυτούσια σαν καύσιμο. -Η απαιτούμενη ενέργεια μπορεί συχνά να εξασφαλιστεί από υπολείμ- ματα καλλιεργειών ή από τα ίδια τα υπολείμματα της κατά τις διεργασίες παραγωγής της. Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

31 Πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοαιθανόλης Η πρώτη ύλη που χρησιμοποιείται για παραγωγή Β-Α μπορεί να είναι ζαχαρούχος, αμυλούχος ή κυτταρινούχος, που υφίσταται ζύμωση μετά ή άνευ υδρόλυσης. Οι σημαντικότερες ζαχαρούχες είναι το ζαχαροκάλαμο, τα ζαχαρότευτλα, η μελάσα, το γλυκό σόργο. Στις αμυλούχες περιλαμβάνονται τα σιτηρά [κριθάρι (Καναδάς) σιτάρι, σίκαλη και αραβόσιτος] και τα γεώμηλα. Στις κυτταρινούχες πρώτες ύλες ανήκουν το ξύλο, τα διάφορα γεωργικά και δασικά υπολείμματα καθώς και τα θειούχα υδατικά διαλύματα χαρτοποιϊας (Σουηδία). Οι πρώτες ύλες, που χρησιμοποιούνται σε ευρεία έκταση, για παραγωγή Β-Α, είναι το ζαχαροκάλαμο (Βραζιλία), ο αραβόσιτος (ΗΠΑ), τα ζαχαρότευτλα και το σιτάρι (Γαλλία). Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

32 Παραγωγή Β-Α ανά φυτό (λίτρα/τόνο) Πρώτη ύληΠαραγωγή Β-Α (λίτρα/τόνο) Αραβόσιτος372 Ζαχαροκάλαμο62 Σιτάρι92 Πατάτες346 Ρύζι354 Μελάσα ζαχαροτεύτλων267 Μελάσα ζαχαροκάλαμου313 Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

33 Διαδικασία παραγωγής και τελικά προϊόντα Η Β-Α παράγεται με τη βιοχημική ζύμωση σακχάρων με τη βοήθεια μικροοργανισμών, μυκήτων, ζυμών και βακτηρίων. H παραγωγή της Β-Α γίνεται είτε από τη μελάσα στις μονάδες που παράγουν ζάχαρα ή από το χυμό του ζαχαροκάλαμου. Η μελάσα, πρέπει να αποστειρωθεί πριν τη χρήση για την αποφυγή επιμολύνσεων. Περιεκτικότητα σε ζάχαρα ο Βrix και πραγματοποιείται αραίωση στους ο. Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

34 Ζύμωση χυμού Η ζύμωση είναι η μετατροπή της ζάχαρης σε αιθανόλη και CO 2 με τη βοήθεια ζυμών. Η απόδοσή της εξαρτάται από τη διάρκεια της διαδικασίας, τη θερμοκρασία και το pH. H αλκοολοκή ζύμωση μπορεί να γίνει με 3 τρόπους: -Με κλασσική ζύμωση -Ζύμωση με ανάκτηση ζύμης και -Συνεχής ζύμωση Απόσταξη -Η διαδικασία περιλαμβάνει το φαινόμενο της κλασμάτωσης των υγρών, όπου τα πλέον πτητικά, αποχωρίζονται πρώτα, ακολουθούμενα από άλλα συστατικά. Η απόσταξη διακρίνεται σε διακοπτόμενη και συνεχή. Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

35 Τελικά προϊόντα Τα στελέχη ζαχαροκάλαμου με περ. σε ζάχαρα % έχουν τη μεγαλύτερη απόδοση σε Β-Α (70 l/t). H B-A είναι υγρό άχρωμο, με έντονη χαρακτηριστική οσμή, εύφλεκτο και πολύ υγροσκοπικό. Σε άνυδρη κατάσταση διαλύεται πλήρως σε διάφορα οργανικά ή ανόργανα συστατικά. Σε σύγκριση με τη βενζίνη η Β-Α παρουσιάζει μικρότερη θερμογόνο δύναμη ενώ έχει μεγαλύτερη περ. σε οξυγόνο, που βελτιώνει την καύση. Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

36 Υποπροϊόντα Bagasse: η επεξεργασία ενός τόνου ζαχαροκάλαμου αποδίδει 250 kg bagasse, περιεκτικότητας 50 % μετά την άλεση και εξαγωγή του χυμού. Το bagasse μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για παραγωγή ενέργειας και σαν ζωοτροφή βοοειδών. Βυνάσα: είναι το υπόλοιπο, που προκύπτεί από την απόσταξη της Β-Α. στην περ. του ζαχαροκάλαμου παράγονται 13 λίτρα/λίτρο Β-Α. Η βυνάσα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παραγωγή μεθανίου ή να συμπυκνωθεί μέχρι 60 ο Brix και μετά να χρησιμοποιθεί σαν ζωοτροφή ή οργανικό λίπασμα. Ζυμέλαιο: το κύριο συστατικό είναι η μεθυλική αλκοόλη καθώς και 8-10 % Β-Α. Χρησιμοποιείται σαν διαλυτικό ρητινών, ελαίων και γράσων. Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

37 -Ζύμες: σε ξηρή μορφή αποτελούν εξαιρετική ζωοτροφή, αντικαθιστώντας τη σόγια σε θρεπτικότητα. -CO 2 : κατά την αλκοολική ζύμωση παράγεται διοξείδιο του άνθρακα, που χρησιμοποιείται σε στερεά, υγρή ή άερια μορφή. -Η χρησιμοποίηση του bagasse στη διαδικασία παραγωγής της Β-Α, εξασφαλίζει ένα θετικό ενεργειακό ισοζύγιο. Ενέργεια (ΜJ) Παραγόμενη ενέργεια Β-Α Πλεονάζον bagasse Σύνολο Καταναλώσεις ενέργειας Καταναλώσεις στη βιομηχανία3.236 Σύνολο Η ενεργειακή σχέση είναι 9:1 Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

38 Ισοζύγιο μάζας και ενέργειας παραγωγής Β-Α από αραβόσιτο Αραβόσιτος 1000 kg B-A, 307 kg CO 2, kg Ιζήματα αλκοολικής ζύμωσης, 300 Kg Mέγιστη θερμογόνος δύναμη Β-Α 23,6 ΜJ/ Lt Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

39 Παραγωγή Β-Α από ξύλο H παραγωγή Β-Α από κυτταρίνες και ημικυτταρίνες που αφθονούν στον πλανήτη θα ήταν το ιδανικό, αλλά τα συστατικά του ξύλου πρέπει να διαχωριστούν πριν την υδρόλυση της κυτταρίνης και την ζύμωση. Η διαδικασία έχει ως εξής: -Σε έναν αντιδραστήρα πρώτης φάσεως, που λειτουργεί στους 180 ο διασπώνται κυρίως οι ημικυτταρίνες και κατά τη δεύτερη φάση διασπώνται οι κυτταρίνες. -Η θερμοκρασία στη β’ φάση, που υλοποιείται με ασθενή οξέα είναι περίπου 225 ο. -Η β’ φάση διεργασίας με ένζυμο, υλοποιείται σε ελαφρώς αυξημένη θερμοκρασία Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

40 Παραγωγή Β-Α από ξύλο -Το ζαχαρούχο υλικό, μετά τους αντιδραστήρες διαχωρίζεται, από το στερεό υπόλοιπο και διοχετεύεται στο χώρο ζύμωσης, όπου προστίθεται η ζύμη, η οποία είναι κατάλληλα επιλεγμένη. -Μετά τη ζύμωση, γίνεται απόσταξη της Β-Α και διαχωρισμός από το υπόλοιπο διάλυμα. Το υπόλοιπο του διαλύματος, υφίσταται περαιτέρω επεξεργασία με τη βοήθεια βακτηριδίων. -Το στερεό υπόλειμμα, του 2 ου αντιδραστήρα, αποτελείται κυρίως από λιγνίνη. Η λιγνίνη ξεπλένεται και μετατρέπεται σε σύμπηκτα (πελέττα), που ξηραίνονται και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν καύσιμο. -Από 100 Kg ξηρού ξύλου, λαμβάνεται kg B-A, kg CO 2, και kg σύμπηκτα λιγνίνης. Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

41 Παραγωγή και χρήση της Β-Α σαν καύσιμο μεταφορών σε παγκόσμιο επίπεδο Η Βραζιλία είναι η χώρα, που παράγει τις μεγαλύτερες ποσότητες Β-Α ακολουθούμενη από τις ΗΠΑ και τη Γαλλία, η οποία παράγει από Β-Α, τριτοταγή αίθυλ-βούτυλ αιθέρα (ΕΤΒΕ). Η Β-Α χρησιμοποιείται κατά δύο τρόπους: Σαν ενισχυτής οκτανίων στη βενζίνη, με τη μορφή μίγματος 22% άνυδρης Β-Α [99,6 και 0,4 % νερό]. Γενικά η προσθήκη άνυδρης Β-Α στη βενζίνη αυξάνει το βαθμό οκτανίων του μίγματος, ανάλογα με το ποσοστό προστιθέμενης Β-Α και του αρχικού βαθμού οκτανίων της βενζίνης. Η άνυδρη Β-Α μπορεί να αναμιχθεί με τη βενζίνη, σε οποιαδήποτε αναλογία, η παρουσία όμως νερού μπορεί να οδηγήσει σε διαχωρισμό. Τα οχήματα που χρησιμοποιούν ένυδρη αλκοόλη, έχουν σειρά αλλαγών στον κινητήρα και άλλα μέρη τους προκειμένου να αποφευχθούν προβλήματα διαβρώσεων, εκκίνησης με χαμηλές θερμοκρασίες. Αυτά τα οχήματα ονομάζονται FFV (Flexible Fuel Vehicles). Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

42 Χρήση της Β-Α ανά τον κόσμο Στη Γαλλία η Β-Α που παράγεται χρησιμοποιείται για παραγωγή ΕΤΒΕ, που με τη σειρά της χρησιμοποιείται για παραγωγή ΕΤΒΕ, που με τη σειρά του χρησιμοποιείται για την παραγωγή αμόλυβδης βενζίνης. Β-Α (0,82t) + Ισοβουτυλένιο (1t)  ΕΤΒΕ (1,73 tn) Στη Γαλλία προτιμάται η παραγωγή ΕΤΒΕ, γιατί η Β-Α δεν είναι τόσο ευπρόσδεκτη από τα διϋληστήρια, σαν συστατικό απευθείας ανάμιξης με τη βενζίνη, λόγω του ότι διαλύεται εύκολα στο νερό και παρουσιάζει πίεση ατμών του μίγματος που υπερβαίνει τα όρια πτητικότητας της βενζίνης. Έτσι λοιπόν το ΕΤΒΕ χρησιμοποιείται σαν ενισχυτής οκτανίων. Στη Σουηδία η παραγωγή Β-Α πραγματοποιείται με ζύμωση ζαχαρούχου διαλύματος, που προέρχεται από την παραγωγή χαρτοπολτού. Η Β-Α χρησιμοποιείται σαν καθαρή Β-Α ή σε μείγμα Β-Α και πετρελαίου κίνησης σε πετρελαιοκινητήρες (15 % Β-Α και 85 % πετρέλαιο κίνησης) ή σε μείγμα Β-Α και βενζίνης (85 Β-Α και 15 % βενζίνης) ή 10 Β-Α και 90 % βενζίνης. Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

43 Η παραγωγή βιοκαυσίμων αυξήθηκε κατά 13,8 % το 2010, και ισοδυναμούσε στο 0,5 % της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας. - Η παραγωγή αιθανόλης είναι ίση με τα ¾ της συνολικής παραγωγής των βιοκαυσίμων. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

44 Περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τη χρήση Β-Α και ΕΤΒΕ Β-Α σαν υποκατάστατο βενζίνης - Οι εκπομπές του SO 2 και των ΝΟ χ αναφέρεται ότι είναι μέχρι 30 % και 15 % λιγότερες, αντίστοιχα από αυτές που προέρχονται από την καύση βενζίνης. -Οι εκπεμπόμενες αλδεϋδες αυξάνονται δραματικά. -Το CO 2 είναι αυξημένο κατά 23 % λόγω των υψηλών ενεργειακών απαιτήσεων, για την παραγωγή της πρώτης ύλης και του CO 2 κατά τη ζύμωση. Β-Α σαν πρόσθετο βενζίνης Σύμφωνα με το ισχύον θεσμικό πλαίσιο στην Ευρώπη η Β-Α μπορεί να προστεθεί σε ποσοστό 5 % στη βενζίνη. Στη Γαλλία η καύση στα οχήματα με μίγμα 5-7 % έχει ως αποτέλεσμα: -Μείωση των εκπομπών CO 2 κατά 50-70%, των πτητικών Η/C κατά 2-7 % και των εκπομπών CO κατά %. Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

45 Περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τη χρήση Β-Α και ΕΤΒΕ -Αύξηση των ΝΟχ κατά 4-10 %. -Αύξηση των αλδευδών και των κετονών, που μπορούν να μειωθούν με τη χρήση καταλύτη. Προσθήκη ΕΤΒΕ στη βενζίνη - Η προσθήκη του ΕΤΒΕ στη βενζίνη, δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 15 %. - Η προσθήκη ΕΤΒΕ οδηγεί στη μείωση του CO, των άκαυστων Η/C και των αρωματικών ενώσεων, όπως το βενζόλιο. Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

46 Ενέργεια από άλγη Τα άλγη αποτελούν μια μεγάλη όμαδα φωτοτροφικών και ετεροτροφικών οργανισμών. Αυτοί μπορεί να είναι μονοκύτταροι. Ένας τέτοιος μεμονωμένος μονοκύτταρος οργανισμός έχει διάμετρο 0,1 μm. Τα μεγαλύτερα φύκη όμως που συνιστούν πολυκυτταρικά συσσωματώματα μπορεί να φτάσουν και τα 50m μήκος. Τα άλγη μπορεί να αναπτυχθούν σε γλυκό ή αλμυρό νερό, ακόμη και σε μολυσμένο νερό. Τα άλγη που συγκομίζονται ανά μέρες, επιτρέπουν πολλές συγκομιδές στη διάρκεια του έτους. Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

47 Ενέργεια από άλγη Έτσι λοιπόν αναπτύσσονται φορές γρηγορότερα από τα καλλιεργούμενα φυτά και έχουν 300 φορές μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε έλαια ανά καλλιεργούμενο εκτάριο. Βασικό χαρακτηριστικό τους είναι η ικάνότητά τους για την υψηλή δέσμευση του CO 2 της ατμόσφαιρας μέσω της φωτοσύνθεσης και ότι μπορούν να υπερδιπλασιάσουν τη μάζα τους σε 24 ώρες. Από τα άλγη μπορούν να παραχθούν σε μεγάλες ποσότητες φυτικά έλαια (10-38 % της ξηράς ουσίας), πρωτεϊνες (50-60 %) και υδατάνθρακες ( %) και να απομονωθούν βιταμίνες και ιχνοστοιχεία. Έχουν απομονωθεί είδη αλγών, που το περεχόμενό τους σε έλαια φτάνει το 50 %, πολύ περισσότερο από οποιοδήποτε άλλο χερσαίο φυτό. Οι αποδόσεις των αλγών είναι επίσης μεγαλύτερες από οποιοδήποτε άλλο χερσαίο φυτό. Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

48 Σύγκριση αποδόσεων σε έλαια και βιοντίζελ των κύριων ενεργειακών καλλιεργειών Πηγή hhtp://www.oligae.com Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

49 Ενέργεια από άλγη To Yπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ εκτιμά ότι αν αντικατασταθούν όλα τα πετρελαϊκά καύσιμα που καταναλώνονται στις ΗΠΑ από βιοκάυσιμα αλγών, θα απαιτούνταν έκταση στρ., η οποία αντιστοιχεί μόλις στο 0,42 % της συνολικής έκτασης των ΗΠΑ. Αυτή η ποσότητα αντιστοιχούσε το 2000, στο 1/7 της έκτασης του καλαμποκιού στις ΗΠΑ. Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

50 Ενεργειακές καλλιέργειες Οι ενεργειακές καλλιέργειες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για και για την παραγωγή βιοκαυσίμων είναι φυτά που δεν καλλιεργούνται εμπορικά, όπως ο μίσχανθος, η αγκινάρα και το καλάμι που το τελικό προϊόν προορίζεται για την παραγωγή ενέργειας. Δασικές ενεργειακές καλλιέργειες: Δύο είδη ευκαλύπτων (Eucalyptus globules Labil, Eucalyptus camaldullensis Dehn), η ψευδακακία (Robibia pseudacacia) Γεωργικές ενεργειακές καλλιέργειες: Πολυετείς Καλάμι (Arundo donax L.), Μίσχανθος (Miscanthus x giganteus), Αγριαγκινάρα (Cynara cardunculus) Switchgrass (Panicum vigratum L.). Ετήσιες Γλυκό σόργο (Sorghum bicolor L.), Κενάφ (Hibiscus canabinus L.), Ελαιοκράμβη (Brassica napus), Ηλίανθος (Helianthus annuus L.), Σιτάρι (Triticum aestivum ), Ζαχαρότευτλα (Beta vulgaris), Αραβόσιτος (Zea mays), Κριθάρι (Avena sativa) Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

51 Αποδόσεις διαφόρων φυτών ΒιοκαύσιμοΠρώτη ύληΑπόδοση (κιλά/στρ.) Απόδοση σε βιοκαύσιμο (λίτρα/στρ.) BiodieselΗλίανθος Ελαιοκράμβη Βαμβάκι Σόγια ΒιοαιθανόληΣιτάρι Αραβόσιτος Τεύτλα Σόργο Πανεπιστήμιο Θεσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος

52 Αειφορεία στη μετακίνηση (Sustainable transport) Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας: Π. Διαμαντόπουλος


Κατέβασμα ppt "Παραγωγή βιοκαυσίμων Τα βιοκαύσιμα που παράγονται είναι η αιθανόλη, η μεθανόλη και το βιοντίζελ. Η αιθανόλη παράγεται με διαδικασία ανάλογης με αυτής της."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google