Biokomponenty i biopaliwa moŝliwości rozwoju i zastosowania

Transkrypt

1 Biokomponenty i biopaliwa moŝliwości rozwoju i zastosowania dr inŝ. Krzysztof Biernat Instytut Paliw i Energii Odnawialnej Koordynator Polskiej Platformy Technologicznej Biopaliw i Biokomponentów Zastępca Dyrektora Instytutu Ekologii i Bioetyki UKSW

2 Dlaczego biopaliwa Obliczenia geologów stwierdzają, Ŝe zapasy ropy są tak ograniczone, iŝ przy dzisiejszej konsumpcji wyczerpanie ich jest kwestją kilkunastu do kilkudziesięciu lat. Dlatego ludzkość musi juŝ dziś pracować nad zdobyciem paliwa, któreby mogło w odpowiedniej chwili zastąpić produkty naftowe

3 Dlaczego biopaliwa Produkcja tej ostatniej (ropy naftowej) wzrasta w ostatnich latach znacznie wolniej niŝ ilość czynnych silników. Rezultatem tego coraz bardziej wzrastający głód ropy, a szczególnie lekkich produktów jej destylacji, t.j. wszelkiego rodzaju benzyn

4 Dlaczego biopaliwa I dlatego musimy juŝ dziś myśleć o zastąpieniu benzyny przez inne paliwo, aŝeby nie nadszedł moment, kiedy miljard koni mechanicznych, pędzących z szybkością km na godzinę, mógłby zamrzeć w bezruchu, a olbrzymie bogactwa, nagromadzone w miljonach silników, nie stały się bezwartościowym szmelcem

5 Cudze chwalicie Nieograniczonym źródłem energii na ziemi jest energja słoneczna i świat roślinny, za pomocą którego człowiek tę energję czerpie. Dlatego teŝ technika dla zastąpienia paliwa mineralnego, jakim jest benzyna, musiała się zwrócić ku produktom pochodzenia roślinnego, które stanowią źródło energji, wyczerpalne jedynie z zamarciem słońca

6 Pierwsze wyniki Najlepsze rezultaty pod względem nagromadzenia energji otrzymujemy przy uprawie buraków cukrowych i kartofli. Obliczono, Ŝe zbiór ziemniaków z 1 ha wystarczy do mechanicznej uprawy tegoŝ ha przez lat 100, czyli innemi słowy, zaledwie 1 % zbiorów idzie na uprawę mechaniczną, gdy tymczasem te same cyfry, przy uŝyciu siły pociągowej konia lub wołu, wynoszą 20 %...

7 ŹRÓDŁO: K. Taylor, W. Iwanowski: Spirytusowe mieszanki napędowe, Przemysł Chemiczny nr 11-12, Lwów, listopad-grudzień 1926r

8 Proces fotosyntezy CO2 + H2O {CH2O} + O2; Gº=477kJ Empiryczny wzór biomasy: C1H1,45O0,7 Składniki niezbędne: woda + gleba (substancje pokarmowe) Podczas fazy wzrostu, moŝliwa asymilacja prawie tej samej ilości ditlenku węgla, co jego uwalnianie podczas spalania: {CH2O} + O2 CO2 + H2O; H=-440kJ 1 Mg suchej masy 1,5 10¹º J energii

9 DLA PRZYPOMNIENIA: Standardowa entalpia swobodna (funkcja Gibbsa, potencjał termodynamiczny, potencjał chemiczny) entalpia swobodna odniesiona do warunków standardowych (p,t); Entalpia swobodna- entalpia (od entalpsis co oznacza z ciepła ta część energii, na sposób ciepła (entalpii), która moŝe być wykorzystana, bo: H= G + T S; T S czynnik entropowy, stratny energia nieodwracalnie rozproszona.

10 SZACUNEK ZUśYCIA BIOMASY Kraje ubogie, około 40 % zuŝywanej energii pochodzi z biomasy; Kraje bogate, około 1 % zuŝywanej energii pochodzi z biomasy; Średnia światowa to około 14 %, co w przybliŝeniu wynosi 50 EJ rocznie

11 ANALIZA ŹRÓDŁA ENERGII 46 % energii słonecznej moŝe być zaabsorbowane przez powierzchnię Ziemi; 43 % tej wartości moŝliwe do wykorzystania w procesie fotosyntezy w zakresie widmowym nm, PAR ( photosynthetically active radiation ), tj. promieniowania aktywnego w fotosyntezie

12

13 PROCESY PRZEKSZTAŁCANIA (2) Rośliny C3 (klimat umiarkowany): pszenica, ryŝ, soja, pomidory; ziemniaki i buraki cukrowe. Rośliny C4 (tereny zwrotnikowe): sorgo, kukurydza, trzcina cukrowa, trawy pustynne. C4 transpiracja 500 moli wody na kaŝdy mol wbudowanego CO2 C i więcej moli wody tracone na mol związanych cząsteczek CO2

14 PROCESY PRZEKSZTAŁCANIA (3) Mniejsza szybkość fotosyntezy netto w roślinach C3 przy duŝym nasłonecznieniu część zsyntezowanego materiału zostaje tracona przez ponowne utlenienie do CO2. Proces ten nie zachodzi w wydajniejszych procesowo roślinach C4 Przy 2 razy większej ilości CO2 w atmosferze dla roślin C3 uzyskano wzrost biomasy o 20 40%

15 MAKSYMALNA WYDAJNOŚĆ PROCESU FOTOSYNTEZY (1) Dla związania 1 cząsteczki CO2 potrzeba 8 kwantów PAR, stąd energia: E=nNhc/λ = 1660 kj/mol, przy: λ=575 nm; Skoro wartość standardowej entalpii swobodnej = 477 kj, to wydajność procesu fotosyntezy wynosi: 477/ % = 29 %; Uwzględniając tylko część promieniowania absorbowanego prez Ziemię tj. 43 %, wydajność fotosyntezy wyniesie: 0,43 29 % = 12 %; Stanowi to wydajność teoretyczną, bo oddychanie roślin jak reakcja odwrotna do procesy fotosyntezy zmniejsza produktywność biomasy o %, bez uwzględnienia rozkładu mikrobiologicznego jako kolejnego źródła strat, stąd sezonowe maksymalne szybkości wzrostu: Dla C4-22 g/m² d, co jest równowaŝne 3,8 GJ/ha d; Dla C3-13 g/m² d, co jest równowaŝne 2,2 GJ/ha d;

16 MAKSYMALNA WYDAJNOŚĆ PROCESU FOTOSYNTEZY (2) PoniewaŜ średnia całkowita ilość energii zaabsorbowana przez Ziemię wynosi: 16 GJ/ha d to rzeczywista maksymalna wydajność przemiany wynosi: dla C3 1,4 % dla C4 2,4 % Uwzględniając nawet dobre praktyki rolne, rzeczywista efektywność produkcji ziaren kukurydzy z łodygą wynosi 0,6 %, a dla ziarna pszenicy wraz ze słomą 0,3 %. Stąd, rzeczywista średnia światowa około 0,25 % Próby bezsłonecznej syntezy biomasy ( Solazyme USA)- Technologia produkcji biopaliwa, poprzez bezsłoneczną hodowlę glonów ze szlamów pochodzenia rolniczego, traw i substancji odpadowych

17 PoŜądane cechy biopaliw występują w dostatecznie duŝych ilościach; cechują się technicznymi i energetycznymi właściwościami determinującymi ich przydatność do zasilania silników lub urządzeń grzewczych; są tanie w produkcji i sprzedaŝy; stanowią mniejsze zagroŝenia dla środowiska niŝ paliwa dotychczas stosowane; zapewniają moŝliwe do przyjęcia wskaźniki ekonomiczne silników lub kotłów i bezpieczeństwo ich uŝytkowania.

18 Oprócz tego biopaliwa powinny: zapewnić niezaleŝność energetyczną; mieć mniejszą emisyjność związków toksycznych w procesie ich spalania; umoŝliwiać niŝsze koszty eksploatacji silników i urządzeń grzewczych.

19 Analiza cyklu WTW ( well to wheel ) od źródła do koła W analizie WTW, naleŝy uwzględniać emisyjność i ilość przetwarzanej energii w całym procesie poczynając od uprawy, produkcji nawozów i nawoŝenia, eksploatacji maszyn i urządzeń rolniczych, transportu, procesów przeróbki, a kończąc na procesie spalania w silniku.

20 Podział biopaliw Biopaliwa pierwszej generacji (1/2) paliwa, które są wytwarzane bezpośrednio lub pośrednio z surowców Ŝywnościowych procesami fermentacyjnymi lub transestryfikacyjnymi: etanol jako odwodniony, konwencjonalny etanol gorzelniany, otrzymywany z procesów hydrolizy i fermentacji z takich surowców jak: zboŝa, buraki cukrowe itp. czyste oleje roślinne (PVO-pure vegetable oils), otrzymywane z procesów tłoczenia na zimno i ekstrakcji ziaren spoŝywczych roślin oleistych;

21 Podział biopaliw Biopaliwa pierwszej generacji (2/2) biodiesel stanowiący estry metylowe oleju rzepakowego (RME) lub estry metylowe (FAME) i etylowe (FAEE) wyŝszych kwasów tłuszczowych innych spoŝywczych roślin oleistych otrzymywane w wyniku procesów tłoczenia na zimno, ekstrakcji i transestryfikacji; biogaz, stanowiący oczyszczony biogaz z zawilgoconego biogazu składowiskowego, bądź rolniczego???; bio-etbe, otrzymywany z przeróbki chemicznej etanolu gorzelnianego.

22 Podział biopaliw paliwa otrzymywane z biomasy (upraw roślin energetycznych i organicznych substancji odpadowych) lub niejadalnych nasion oleistych: bioetanol otrzymywany w wyniku zaawansowanych procesów hydrolizy i fermentacji lignocelulozy pochodzącej z biomasy (z wyłączeniem surowców o przeznaczeniu spoŝywczym); syntetyczne biopaliwa stanowiące produkty przetwarzania biomasy poprzez zgazowanie i odpowiednią syntezę na ciekłe komponenty paliwowe (BtL); bio DMF (dimetylofuran) jako perspektywiczne paliwo do silników o ZI, otrzymywane z procesów katalitycznego przetwarzania cukrów (np. celulozy, skrobi);

23 Podział biopaliw Biopaliwa drugiej generacji (2/2) paliwa do silników o zapłonie samoczynnym pochodzące z przetwarzania lignocelulozy z biomasy w procesach Fischer- Tropscha; biodiesel syntetyczny z kompozycji produktów lignocelulozowych; pochodne metanolu i etanolu oraz mieszaniny wyŝszych alkoholi; dimetyloeter (bio-dme), biodiesel, jako biopaliwo lub komponent paliwowy do silników o ZS, otrzymywany w wyniku rafinacji wodorem (hydrogenizacji) odpadowych olejów roślinnych i tłuszczów zwierzęcych; biogaz jako syntetycznie otrzymywany gaz o właściwościach gazu ziemnego (SNG), otrzymywany w wyniku procesów zgazowania lignocelulozy i odpowiedniej syntezy (takŝe z WtG)

24 Podział biopaliw Biopaliwa trzeciej generacji??? otrzymywane podobnymi metodami co paliwa drugiej generacji, ale ze zmodyfikowanego na etapie uprawy surowca (biomasy) przy pomocy molekularnych technik biologicznych. celem tych modyfikacji jest udoskonalenie procesu konwersji biomasy do biopaliw poprzez np. uprawy drzew o niskiej zawartości ligniny, rozwój upraw z wbudowanymi odpowiednio enzymami itp. (biowodór, biometanol, biobutanol)

25 Podział biopaliw Biopaliwa czwartej generacji??? propozycja wydzielenia, nowej generacji ze względu na konieczność zamknięcia bilansu ditlenku węgla lub eliminacji jego oddziaływania na środowisko. technologie wytwarzania biopaliw czwartej generacji powinny uwzględniać procesy CCS (Carbon Capture and Storage) czyli wychwytu i składowania węgla na etapie surowców i technologii wytwarzania tych biopaliw surowce to mogą być rośliny o zwiększonej, nawet genetycznie, asymilacji CO2 w czasie uprawy, a stosowane technologie muszą uwzględniać wychwyt ditlenku węgla w odpowiednich formacjach geologicznych poprzez doprowadzenie do stadium węglanowego lub składowanie w wyrobiskach ropy naftowej i gazu.

26 MoŜliwości wytwarzania paliw alternatywnych (biopaliw) Ciekłe paliwa alternatywne : BTL ( biomass to liquid ) GTL ( gas to liquid ), w tym z procesów upłynniania biogazu CTL ( coal to liquid ) WTL ( wastes to liquid ), w tym z odpadów biodegradowalnych Gazowe paliwa alternatywne: LPG ( liquefied petroleum gas ) CNG ( compressed natural gas), LNG ( liquefied natural gas ) DME ( dimethylether ), w tym BioDME SNG ( synthetic natural gas ) gaz (biogaz) z procesów BTG ( biomass to gas ), i WTG ( wastes to gas ), o jakości gazu ziemnego Wodór, w tym biowodór

27 Paliwa alternatywne (biopaliwa) do silników o ZI etanol, bioetanol, ; metanol, biometanol; butanol, biobutanol; inne alkohole (tert-butylowy TBA, sec-butylowy SBA, izopropylowy IPA, neopentylowy-npa); perspektywiczny dimetylofuran (DMF); etery (etylo-tert-amylowy TAEE, etylo-tert-butylowy ETBE, metylotert-amylowy TAME, metylo-tert-butylowy MTBE, diizopropylowy DIPE); węglowodorowe paliwa syntetyczne, w tym pochodzenia bio ; skroplony gaz naftowy; wodór, w tym biowodór;

28 Paliwa alternatywne (biopaliwa) do silników o ZS estry kwasów tłuszczowych (FAME, FAEE) z procesów transestryfikacji olejów: rzepakowego, sojowego, słonecznikowego, itp.; eter dimetylowy (DME) i rozwaŝany eter dietylowy (DEE), mogą być takŝe otrzymywane z biomasy jako BioDME i BioDEE ; emulsje paliwowo-wodne (aquazole czyste oleje roślinne węglowodorowe paliwa syntetyczne, między innymi z procesów pirolizy i syntezy F-T, w tym otrzymywane z biomasy i odpadów biodegradowalnych (FT-diesel), takŝe z procesów HTU (HTU-diesel) SNG, biogaz. alkohole, bioalkohole???

29 Paliwa alternatywne (biopaliwa) do silników stacjonarnych alkohole, bioalkohole; estry wyŝszych kwasów tłuszczowych; paliwa talowe (TPO-tall pitch oils) otrzymywane w rocesach estryfikacji akloholami etylowym lub metylowym olejów talowych wydzielonych z Ŝywicy drzew iglastych (produktów ubocznych z procesów produkcji celulozy siarczanowej oraz wytlewania drewna); paliwa z procesów pirolizy, w tym pirolizy biomasy; czyste oleje roślinne; biogaz. SNG

30 Schemat produkcji biopaliw

31 Ramy prawne (Pakiet Klimatyczny UE) Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/29/WE z dnia 23 kwietnia 2009r. zmieniająca dyrektywę 2003/87/WE w celu usprawnienia i rozszerzenia wspólnotowego systemu handlu uprawnieniami do emisji gazów cieplarnianych

32 Ramy prawne (2/2) Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/30/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. zmieniająca dyrektywę 98/70/WE odnoszącą się do specyfikacji benzyny i olejów napędowych oraz wprowadzającą mechanizm monitorowania i ograniczania emisji gazów cieplarnianych oraz zmieniającą dyrektywę Rady 1999/32/WE odnoszącą się do specyfikacji paliw wykorzystywanych przez statki Ŝeglugi śródlądowej oraz uchylająca dyrektywę 93/12/EWG Decyzja Parlamentu Europejskiego i Rady nr 2009/406/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie wysiłków podjętych przez państwa członkowskie, zmierzających do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych w celu realizacji do roku 2020 zobowiązań Wspólnoty dotyczących redukcji emisji gazów cieplarnianych

33 Definicje (1/2): Energia ze źródeł odnawialnych oznacza energię z odnawialnych źródeł niekopalnych, a mianowicie energię wiatru, energię promieniowania słonecznego, energię aerotermalną, geotermalną i hydrotermalną i energię oceanów, hydroenergię, energię pozyskiwaną z biomasy, gazu pochodzącego z wysypisk śmieci, oczyszczalni ścieków i ze źródeł biologicznych (biogaz); Biomasa oznacza ulegającą biodegradacji część produktów, odpadów lub pozostałości pochodzenia biologicznego z rolnictwa (łącznie z substancjami roślinnymi i zwierzęcymi), leśnictwa i związanych działów przemysłu, w tym rybołówstwa i akwakultury, a takŝe ulegającą biodegradacji część odpadów przemysłowych i miejskich;

34 Definicje (2/2): Biopłyny oznaczają ciekłe paliwa dla celów energetycznych, innych niŝ w transporcie, w tym do wytwarzania energii elektrycznej oraz energii ciepła i chłodu, produkowane z biomasy; Biopaliwa oznaczają ciekłe lub gazowe paliwa dla transportu, produkowane z biomasy;

35 Europejska Strategiczna Agenda Badawcza (ESRA) Ogłoszona w styczniu 2008 roku przez Europejską Technologiczną Platformę Biopaliw Biopaliwa II generacji pozostają nadal w sferze badań

36 PERSPEKTYWY ROZWOJU BIOPALIW WG. ESRA (1) dla wszystkich źródeł biomasy moŝliwych do wykorzystania, naleŝy opracować analizy dostępności i kosztów produkcji; naleŝy tworzyć nowe, wydajne systemy rolnicze i leśne do upraw roślin energetycznych, włączając roślinność genetycznie modyfikowaną, która moŝe ograniczyć nawoŝenie oraz naleŝy tworzyć skuteczne systemy zarządzania tymi obszarami; trzeba rozwijać skuteczne działania logistyczne dla róŝnych koncepcji biopaliwowych i w róŝnych skalach;

37 PERSPEKTYWY ROZWOJU BIOPALIW WG. ESRA (2) priorytetem w pracach badawczych i wdroŝeniowych jest rozwój termochemicznych i biologicznych systemów konwersji biomasy lignocelulozowej; konieczne jest stworzenie pokazowych, zintegrowanych systemów do konwersji biomasy w gaz syntezowy powiązanych z systemem produkcji paliw węglowodorowych; dla zoptymalizowania systemu zuŝycia energii naleŝy opracowywać technologie i budować biorafinerie do produkcji biopaliw i materiałów chemicznych;

38 PERSPEKTYWY ROZWOJU BIOPALIW WG. ESRA (3) konieczny jest rozwój prac badawczych w zakresie tworzenia silników przystosowanych do spalania czystych biopaliw i ich mieszanek. Proces ten wymaga badań z zakresu trwałości i niezawodności oraz inŝynierii materiałowej; konieczne są badania dla opracowania kryteriów oceny parametrów surowców i biopaliw, istotnych dla procesów eksploatacyjnych;

39 PERSPEKTYWY ROZWOJU BIOPALIW WG. ESRA (4) wymagane jest opracowanie porównawczych analiz LCA i badań nad obiegiem węgla na podstawie rzeczywistych danych, w celu określenia priorytetów dla rozwijania biopaliw alternatywnych oraz stworzenie danych dla oceny trwałości biopaliw wraz z opracowaniem systemu certyfikacji i odpowiednich norm; konieczne jest prowadzenie badań w zakresie norm i standardów, wspólnych dla róŝnych biopaliw i w róŝnych miejscach geograficznych.

40 Proponowane ścieŝki konwersji (SRA-2010) bazujące na procesach termochemicznych Paliwa syntetyczne / węglowodory z gazyfikacji biomasy (zastosowanie: paliwa transportowe z OZE do silników lotniczych i silników o zapłonie samoczynnym) Biometan i inne gazowe paliwa z gazyfikacji biomasy (substytuty gazu ziemnego i innych paliw gazowych), (zastosowanie: wysoko efektywna produkcja energii) Uzyskiwanie bioenergii z biomasy przez inne procesy termochemiczne jak piroliza (zastosowanie: paliwa grzewcze, wytwarzanie energii lub pośrednio poprzez procesy xtl do paliw transportowych)

41 Proponowane ścieŝki konwersji bazujące na procesach biologicznych i chemicznych Etanol i wyŝsze alkohole z cukrów zawierające biomasę (zastosowanie: paliwa transportowe z OZE lub jako komponenty benzynowe, E85) Węglowodory z biomasy, otrzymywane z cukrów, wytworzone w skutek procesów biologicznych i/lub chemicznych (zastosowania: odnawialne paliwa transportowe do silników lotniczych i silników o zapłonie samoczynnym) Produkcja nośników bioenergii z ditlenku węgla i światła słonecznego poprzez produkcję mikroorganizmów (algi i bakterie itd.) oraz dalsze przetwarzanie do paliwa transportowego i wartościowych bioproduktów (zastosowania: paliwa transportowe z OZE dla lotnictwa i silników o zapłonie samoczynnym, biochemikalia)

42 Europejska Przemysłowa Inicjatywa Bioenergetyczna Bioenergia i nośniki bioenergii (stałe, płynne, gazowe paliwa, ciepło, elektryczność) produkowane na skalę przemysłową (takŝe procesy biorafineryjne) Tworzenie innowacyjnych łańcuchów przekształceń nie rozwijanych dotychczas komercyjnie RozwaŜany potencjał jedna wielkoskalowa jednostka, lub duŝa liczba jednostek o mniejszej skali Realizacja, komercyjne wytwarzanie od 2020 r.

43 Europejska Przemysłowa Inicjatywa Bioenergetyczna Bioenergia i nośniki bioenergii (stałe, płynne, gazowe paliwa, ciepło, elektryczność) produkowane na skalę przemysłową (takŝe procesy biorafineryjne) Tworzenie innowacyjnych łańcuchów przekształceń nie rozwijanych dotychczas komercyjnie RozwaŜany potencjał jedna wielkoskalowa jednostka, lub duŝa liczba jednostek o mniejszej skali Realizacja, komercyjne wytwarzanie od 2020 r.

44 Tworzenie instalacji demonstracyjnych i referencyjnych poprzez: Optymalizację wyboru łańcucha przekształceń: surowce, technologie konwersji, produkty finalne, zastosowania Kombinację procesów termochemicznych i biologicznych poprzez systemy biorafineryjne; Demonstrację zrównowaŝoności tych technologii w relacji kosztowej oraz dla uzyskania powszechnej, społecznej akceptacji.

45 TECHNOLOGIE BIOPALIW DRUGIEJ GENERACJI (1) biodiesel w oparciu o estry metylowe lub etylowe powstały w wyniku transestryfikacji niejadalnych olejów roślinnych lub odpadowych olejów roślinnych w tym posmaŝalniczych i tłuszczów zwierzęcych; alkohol etylowy (BioEt) i estry etylo-tert-butylowe (ETBE) z BioEt, otrzymywane z biomasy lignocelulozowej, z odpadów drzewnych, pozostałości z przemysłu młynarskiego i przetwórstwa zbóŝ oraz upraw buraków cukrowych i szybko rosnących roślin energetycznych;

46 TECHNOLOGIE BIOPALIW DRUGIEJ GENERACJI (2) węglowodorowe paliwa syntetyczne z procesów BTL ( biomass to liquid ), otrzymywanych poprzez: zgazowanie biomasy (tak zwanych suchych odpadów i z upraw szybko rosnących roślin energetycznych), a następnie syntezę Fischer-Tropscha (F-T) prowadzącą do otrzymania mieszaniny ciekłych węglowodorów jako paliwo FT-diesel ; pirolizę biomasy, prowadzącą do otrzymania gazów (metanu, ditlenku węgla i pary wodnej), ciekłej frakcji zwanej bioolejem i pozostałości stałych zawierających węgiel drzewny i popiół. Bioolej, w procesie zgazowania i syntezy F-T, przerabiany jest na odpowiednie mieszaniny węglowodorowe, jako paliwo FT-diesel ;

47 TECHNOLOGIE BIOPALIW DRUGIEJ GENERACJI (3) paliwo HTU-diesel, pochodzące z procesów depolimeryzacji biomasy, stanowiącej wszelkie pozostałości organiczne wraz z wysoką zawartością wody, prowadzonych w wysokiej temperaturze ( Hydro Thermal Upgrading ) i ewentualnego dalszego katalitycznego odtleniania, a dokładniej hydroodtleniania w procesie HDO ( hydrodeooxygenation ).

48 TECHNOLOGIE BIOPALIW DRUGIEJ GENERACJI (4) bio-dme; jest paliwem drugiej generacji o wszechstronnym zastosowaniu, w tym jako paliwo do silników z zapłonem samoczynnym (CI) (DME). Jest to związek chemiczny o wzorze CH3-O-CH3. W warunkach normalnych jest to bezbarwny, nietoksyczny gaz, łatwo ulegający skropleniu.

49 Zastosowania DME gaz do układów chłodzenia paliwo do kotłów przemysłowych paliwo do turbin gazowych Zastosowania komunalne Eter dimetylowy (DME, BioDME) paliwo do ogniw paliwowych propelant do sprejów paliwo do silników CI substytut LPG surowiec chemiczny

50 Zalety DME jako paliwa: Rozsądna cena Związek chemiczny obojętny dla środowiska Wysoka wydajność energetyczna DME CH OCH 3 3 Źródła kopalne i odtwarzalne Ultra niska emisja składników szkodliwych w spalinach DuŜa dostępność produktu

51 TECHNOLOGIE BIOPALIW DRUGIEJ GENERACJI (5) biodmf, paliwo płynne do silników o ZI, pochodzące z procesów enzymatycznej hydrolizy cukrów i katalitycznej hydrogenolizy (procesy mające na celu usunięcie zbędnych atomów tlenu) poprzez: dehydratację cukrów do 5-hydroksymetylofurfuralu (HMF); przekształcenie HMF w produkty pośrednie (2- metylofuran, 2,5-dihydroksymetylofuran, 2-metylo- 5-hydroksymetylofurfural) oraz DMF; ekstrakcję DMF z produktów pośrednich.

52 Biochemiczne technologie wytwarzania biopaliw

53 Termochemiczne metody wytwarzania biopaliw

54 TECHNOLOGIA BG-FT-CC (biomass gasification-fisher-tropsh-combined cycle)

55 SCHEMAT TECHNOLOGII HTU

56 Biopaliwa i komponenty wytwarzane w USA Etanol jako komponent biopaliwowy, którego surowcem stanowią ziarna zbóŝ oraz celuloza pochodząca z rolnictwa i leśnictwa; Biodiesel stanowiący mieszaninę estrów wyŝszych kwasów tłuszczowych z procesów tranestryfikacji olejów roślinnych i naftowego oleju napędowego;

57 Biopaliwa i komponenty w USA Green Diesel and Jet Fuel, tak zwany zielony diesel i uniwersalne paliwo do silników turbinowych (głównie jako paliwo dla potrzeb wojskowych), otrzymywane z tłuszczów, olejów odpadowych i czystych olejów roślinnych, rafinowanych w naftowych rafineriach do bardzo niskiego poziomu zawartości siarki; Inne produkty procesów fermentacyjnych biomasy, takie jak: butanol, octany (etaniany) i mleczany (2-hydroksy propaniany) i tym podobne; Ciecze popirolityczne, z procesów pirolizy biomasy jako alternatywny surowiec do rafinerii naftowych lub procesów zgazowania;

58 Biopaliwa i komponenty w USA Gaz syntezowy otrzymywany z biomasy, jako surowiec do wytwarzania metanolu, eteru dimetylowego lub mieszanin alkoholi, metodą Fischer-Tropscha; Algae-derivated Fuels, paliwa pochodzące z biomasy z alg morskich, jako źródła triglicerydów do otrzymywania biodiesla, zielonego diesla i paliwa lotniczego Jet oraz jako surowce do otrzymywania węglowodanów; Paliwa węglowodorowe, jako biopaliwa dalekiej przyszłości, pochodzące z procesów biologicznych lub uwodornienia biomasy.

59 KONCEPCJA BIORAFINERII

60 I/II I I I I/II? II II II bioetanol ETBE PVO FAME NExBtL BtL DMF DME Paliwa mineralne Benzyny EN 228 Olej napędowy EN 590 Jak wiele gatunków paliw? Procesy konwersji biomasy pozostają w sferze badań Które re? Rynek paliw

61 Podsumowanie Europejska strategia zakłada ilościowe progi wdraŝania biopaliw Osiągnięcie wymaganego strategią udziału biopaliw w rynku paliw nie będzie moŝliwe bez znaczącego rozwoju biopaliw II generacji Technologie wytwarzania biopaliw II generacji pozostają w fazie badań, w róŝnym stopniu zaawansowanych

62 Do najbardziej zaawansowanych zaliczyć naleŝy: NExBtL Bio-DME Bioetanol W polskiej strategii rozwoju biopaliw w/w gatunki powinny być szczególnie eksponowane poprzez preferencje we wspieraniu badań i prac wdroŝeniowych (na poziomie instalacji pilotaŝowych) w zakresie: technologii wytwarzania dostosowania systemów logistycznych do ich dystrybucji i magazynowania przystosowaniu flot pojazdów do ich konsumpcji

63 MoŜliwości wdroŝenia biopaliw II generacji zaleŝne są od: Stanu zaawansowania badań nad technologiami ich wytwarzania Stanu przygotowania flot pojazdów do ich konsumpcji Stanu przygotowania systemów logistycznych do ich dystrybucji i magazynowania

64 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ dr inŝ. Krzysztof Biernat