Biopaliwa płynne – typologia

Autor: Kamil Gierczak

Ze swojej strony powiem, że sam Rudolf Diesel, twórca silnika z zapłonem samoczynnym, podczas jego projektowania zakładał, iż będzie on napędzany olejem palmowym! Niestety wojny światowe przyspieszyły rozwój przemysłu petrochemicznego i oleje roślinne zostały wyparte przez tańszą ropę naftową, która po dziś dzień zdominowała rynek paliw motoryzacyjnych. Chciałbym przedstawić Państwu parę konkretnych informacji dotyczących tego zagadnienia.

Podział paliw pochodzenia roślinnego przedstawia Tabela 1, następnie w skrócie przedstawię charakterystykę każdego z wymienionych paliw.

Rysunek 1. Źródło: EC BREC

Tabela 1. Rodzaje biopaliw płynnych, zastosowanie

Krótka charakterystyka paliw

1. Etanol - (rektyfikowany spirytus C₂H₅OH)

Jest surowcem dominującym na rynku biopaliw. Jest wytwarzany w procesie doskonale nam znanej i lubianej fermentacji alkoholowej. W praktyce zawartość etanolu w mieszaninie z wodą wynosi ponad 96,0 [%] objętości. Jeżeli zawartość jest mniejsza należy rektyfikować, destylować surowiec ponownie do uzyskania wymaganych właściwości. Firmy motoryzacyjne Ford, Fiat, Volkswagen wyprodukowały już silniki przystosowane do działania na tym paliwie. Jest również wykorzystywany jako dodatek do paliw benzynowych, podnoszący indeks liczby oktanowej (LO), pozwala redukować emisje CO_x, NO_x, C_xH_x.  

Polska jest jednym z ważniejszych europejskich producentów etanolu. W latach 90-tych zaczęto produkować benzynę z tym dodatkiem, gdyż zaczęto wycofywać Etylinę z rynku. Etylina to mieszanina benzyny z dodatkiem cztero-etylku ołowiu (dodatku podnoszącego indeks liczby oktanowej (LO) i zapewniającego smarowanie silnika bezkatalizatorowych, przeważnie dwusuwów. I dlatego właściciele poczciwych trabantów muszą teraz stosować specjalny dodatek do paliwa podczas tankowania paliwa bezołowiowego.

Ciekawostka – do wyprodukowania 1 [dm³] potrzeba około 13 kg ziemniaków. Czy wiecie Państwo dlaczego w ostatnim czasie tak wzrosły ceny cukru? Otóż ma to związek ze zwiększeniem się produkcji etanolu, dodatku do benzyny!

Metanol – (CH₃OH) inaczej alkohol metylowy (drzewny), jest trucizną. Wytwarzany w procesie suchej destylacji drewna lub jako syntetyczny w procesie uwodornienia CO, zachodzącym w temperaturze 300 - 400 ^oC, pod podwyższonym ciśnieniem i w obecności katalizatora. Może być wykorzystywany jako paliwo, wymaga niestety zmodyfikowania układu zapłonu (nie jest tak łatwopalny jak paliwa ropopochodne). Może być również stosowany jako dodatek do benzyny w postaci eteru metylo-tetr-butylowego i w procesie estryfikacji oleju roślinnego. Niestety produktem utleniania metanolu jest toksyczny aldehyd mrówkowy, znany tez pod nazwą Formaldehydu co sprawia, że stosowanie tego paliwa na szerszą skalę jest utrudnione, ze względu na jego domniemane rakotwórcze działanie. Pojazdy nim napędzane powinny posiadać specjalny katalizator dopalający. Jest stosowany powszechnie do zasilania silników motocykli wyczynowych, żużlowych. Produktami spalania tego gazu są też woda w postaci pary wodnej i CO₂. Nowe zastosowanie metanolu polega na zastosowaniu jego jako paliwa w „ogniwach paliwowych”. Są to nowego typu akumulatory energii, póki co jednorazowego użytku.

Rysunek 2: Metanol jest niebezpieczny.... Źródło:http://www.automatictransmission.com.au
 

Ważne: metanol jest wysoce korozyjny w stosunku do aluminium i jego stopów! Jego odczyn jest lekko kwaśny, reaguje z utlenionym aluminium, powierzchniowo. Proszę zatem zwrócić na to uwagę..

Ciekawostka - dziś metanol jest produkowany głównie z gazu ziemnego, a taki produkt nie może być nazwany biopaliwem.

3. Bioolej – (olej pirolityczny) powstaje w procesie pirolizy, czyli procesie zgazowania biomasy w temperze 400 - 600 [^oC]. Ma barwę od przeźroczystej do brunatnej, gęsta. Może być wykorzystywana w kotłach, palnikach, turbinach czy generatorach prądu. Próby wykazały, że bioolej z powodzeniem może zastąpić gaz ziemny, olej napędowy i inne paliwa organiczne w kotłach, turbinach gazowych i niektórych silnikach diesla. Spalanie biooleju nie przyczynia się do emisji dwutlenku siarki SO₂, jest neutralne z punktu widzenia bilansu CO, zaś spowodowane nim emisje dwutlenku azotu NO₂ są śladowe.

Ważne: Bioolej jest bardzo gęsty i nie zawiera związków siarki!

Ciekawostka - Bioolej nie stanowi żadnego zagrożenia dla środowiska,
w lasach RDLP Zielona Góra jest już stosowany powszechnie.

Rysunek 3: A oto właśnie bioolej. Źródło:http://www.biomasa.org

Rysunek 2: Nasi drwale dają radę... Źródło:http://www.zielonagora.lasy.gov.pl

4. Olej roślinny – zajmę się olejem wytłaczanym z ziaren rzepaku, słonecznika są one najbardziej popularne Polsce. Można go stosować do zasilania silnika diesla na jeden z trzech sposobów: po estryfikacji jako Biodiesel, jako samodzielne paliwo, lub jako dodatek do ON. każdym wypadku parametry silnika (moc, moment obrotowy, zużycie paliwa) pozostają praktycznie na niezmienionym poziomie. Obserwuje się za to cichszą i lepsza kulturę pracy silnika, co ucieszy znerwicowanych użytkowników „klekoczących” aut. Jego wykorzystanie jako niezależnego paliwa wymaga paru modyfikacji auta. Olej należy podgrzać do temperatury min. 70 [°C], ponieważ ma inne parametry fizykochemiczne (gęsty, większa lepkość). Oznacza to, że rozruch silnika musi odbyć się na ON, pojazd musi posiadać dwa zbiorniki paliwa. Po ogrzaniu go, można przełączyć silnik na tryb spalania oleju.

Ważne: Olej najlepiej tłoczyć podgrzany, zmniejsza to opory przepływu, nie jest on w żaden sposób agresywny w stosunku do metali i tworzyw sztucznych. Podobnie sprawa się ma przy filtrowaniu.

Ciekawostka - stosowanie oleju rzepakowego zamiast ON pozwala zaoszczędzić do 40 % kosztów paliwa! Druga ciekawostka - Rudolf Diesel produkując swój pierwszy silnik z zapłonem samoczynnym projektował go do pracy na oleju arachidowym!

5. Estryfikowany olej roślinny (Biodiesel) – powstaje w dwóch procesach technologicznych:
a) na zimno - w temperaturze 20 - 70 oC, z udziałem katalizatorów i innych substancji
b) na gorąco - w temperaturze 240 oC i ciśnieniu 10 MPa.
Do procesu używa się takich substancji dodatkowych jak metanol, ług czy KOH. Biodiesel jest paliwem alternatywnym do ON lub może być stosowany podobnie jak zwykły olej roślinny jako dodatek w różnych proporcjach.
Ważne: w produkcji tego paliwa biorą udział takie substancje jak Ług, metanol, KOH. Produktem ubocznym reakcji jest gliceryna. Biodiesel jest gęstą bezpieczną, nieagresywną, niekorozyjną, nietoksyczną, przyjazną środowisku substancją, nie stanowi zagrożenia dla życia. Przy filtrowaniu i tłoczeniu powinien być podgrzany dla zmniejszenia oporów przepływu. Przy dobieraniu elementów instalacji proszę zwrócić uwagę na dobór odpowiedniego materiału!

Ciekawostka – jeżeli lubisz zapach pączków lub frytek to będziesz go miał na co dzień, jeżdżąc na estrach.

wykorzystane źródła internetowe:

• http://biomasa.org

• http://www.biopaliwa.pl

• http://www.cire.pl/zielonaenergia/publikacje.html?d_id=882&d_typ=2

• http://www.drewnozamiastbenzyny.pl

• http://www.ecbrec.pl/

• http://www.wilkipedia.pl