Streszczenie. Abstract. Rozwój produkcji biopaliw w Polsce i na świecie

Transkrypt

1 Archives of Waste Management and Environmental Protection Archiwum Gospodarki Odpadami ISSN , Vol. 9 (2008), p Rozwój produkcji biopaliw w Polsce i na świecie Klecan R. Instytut Materiałów Ogniotrwałych - Gliwice ul.. Toszecka 99, Gliwice tel , fax , klecan@imo.gliwice.pl Streszczenie Przedstawiono rozwój produkcji klasycznych biopaliw (biodiesla i bioetanolu) w Polasce i na świecie oraz dylematy surowcowe związane z tym rozwojem. Zwrócono uwagę na potrzebę uruchomienia produkcji nowej generacji biopaliw, co wiąże się z problemem zagospodarowania gliceryny stanowiącej produkt uboczny w procesie transestryfikacji. Prace nad wykorzystaniem gliceryny są stale prowadzone i uzyskiwane są pewne sukcesy na tym polu, ale nadprodukcja gliceryny stanowi ciągle poważny problem, który podwyższa koszty produkcji klasycznych biopaliw. Pominięcie etapu wytwarzania gliceryny, dzięki opracowaniu nowych technologii prowadzi do biopaliw nowej generacji. Efektem tych prac jest zastąpienie surowców stanowiących źródło żywności człowieka biomasą z odpadów roślinnych oraz zmniejszenie emisji CO 2, która jest konsekwencją karczowania i palenia lasów tropikalnych pod zakładanie plantacji palmowców. Łączy się z tym także poprawa własności użytkowych biopaliw oraz zwiększenie potencjału paliw alternatywnych dla paliw pochodzenia naftowego. Abstract The development of biofuels production in Poland and in the World The development of conventional biofuels (biodiesel and bioethanol) production and dilemmas connected with raw materials used for this production were presented. Special attention was paid to the production of new generation biofuels, which is connected with the management of glycerine the main by-product of transestrification process. Investigations on the utilization of this by-product are continued but glyceryne overproduction is still a serious problem, increasing the costs of conventional biofuels production. The elimination of glyceryne production stage by applying new technologies leads to new generation biofuels. As a result it is possible to substitute raw materials from food industry by plant waste biomass and to limit CO 2 emission due to the destruction of tropical forests for establishing palm-tree plantation. Moreover new technologies enable improving the properties of new biofuels and increasing the economic potential of alternative fuels for standard oil-based fuels.

2 2 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 9(2008) 1. Wstęp Biopaliwa to biodiesel i bioetanol. Biodiesel to estry metylowe, rzadziej etylowe wyższych kwasów tłuszczowych otrzymywane w drodze transestryfikacji metanolem lub etanolem olejów roślinnych, np. oleju rzepakowego, sojowego, słonecznikowego lub palmowego. Olej roślinny to triglicerydy. Cząsteczka triglicerydu zbudowana jest z trzech reszt kwasowych kwasów tłuszczowych oraz jednej cząsteczki gliceryny. W reakcji transestryfikacji trigliceryd reaguje z alkoholem najczęściej w obecności katalizatora zasadowego, w wyniku czego powstają trzy cząsteczki estrów kwasów tłuszczowych (zwykle są to estry metylowe lub etylowe kwasów tłuszczowych) oraz jedna cząsteczka gliceryny (1). Reakcja ta zachodzi w następujący sposób: (1.1.) Na przebieg i efektywność transestryfikacji mają wpływ następujące parametry: stosunek molowy alkoholu do oleju roślinnego, ilość i rodzaj katalizatora, temperatura i czas reakcji, obecność wolnych kwasów tłuszczowych (WKT) oraz woda. W procesie tym stosuje się katalizatory zasadowe bądź kwasowe lub enzymy. Transestryfikacja z użyciem katalizatora zasadowego KOH lub NaOH w ilości 1,4% to obecnie podstawowa metoda otrzymywania estrów. Najważniejszym parametrem w procesie transestryfikacji jest stosunek molowy reagentów (alkoholu do oleju roślinnego). Zgodnie ze stechiometrią przedstawionego powyżej równania, stosunek ten powinien wynosić 3:1, jednak w rzeczywistości potrzebny jest nadmiar alkoholu, zwykle 6:1 lub więcej, w zależności od stosowanego oleju, aby uzyskać zadowalający stopień konwersji. Ważnym czynnikiem jest też temperatura reakcji, która dla procesu na skalę przemysłową zalecana jest na poziomie temperatury pokojowej. Prowadzi się też reakcje w temperaturze podwyższonej (30, 45 i 60 0 C). Reakcja przebiega wówczas w krótszym czasie, jednak powyżej 50 0 C następuje spadek wydajności reakcji ze względu na negatywne oddziaływanie takiej temperatury na katalizator i zachodzące zmydlanie się tłuszczów. Także czas reakcji to ważny parametr. Uwzględnia się tu jednak nie tylko samą reakcję transestryfikacji, ale również czas potrzebny na rozdzielenie się warstwy glicerynowej i warstwy estrowej. Katalizatora zasadowego używa się znacznie mniej niż kwasowego. Ten ostatni może prowadzić do korozji. Lepszym katalizatorem od NaOH jest KOH, reakcja trwa w jego obecności tylko 1 godzinę w temperaturze pokojowej, podczas gdy NaOH wymaga 14 godzin. Metanol stosowany w reakcji daje znacznie lepsze rezultaty od etanolu. Reakcja alkoholizy z metanolem przebiega w krótszym czasie i z lepszą konwersją niż dla etanolu. W przypadku katalizatora kwasowego potrzebny jest znacznie większy nadmiar

3 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 9(2008) 3 alkoholu do oleju niż w transestryfikacji zasadowej. Stosunek molowy reagentów waha się nawet w granicach od 30:1 do 300:1. Ważne są też temperatura reakcji podwyższona w granicach 60 0 C oraz jej czas dłuższy niż dla transestryfikacji zasadowej, wynoszący ponad dwie godziny. Do najczęściej stosowanych katalizatorów kwasowych należy kwas siarkowy, fosforowy, solny i niektóre kwasy organiczne. W transestryfikacji kwasowej obecność WKT nie jest czynnikiem przeszkadzającym. Jest tu też większa tolerancja na obecność wody w porównaniu z transestryfikacją zasadową. Transestryfikacja enzymatyczna (stosuje się zwykle enzym lipazę) jest porównywalna, jeśli chodzi o konwersję, z wynikami otrzymywanymi z transestryfikacji zasadowej czy kwasowej. Omija się natomiast konieczność usuwania katalizatora z produktu oraz przeszkadzających w procesie WKT i wody. Największą wadą tego procesu jest relatywnie wysoki koszt [2]. Bioetanol jest odwodnionym alkoholem etylowym ze spirytusu surowego. Produkcja spirytusu prowadzonego w gorzelniach opiera się na przeróbce surowców roślinnych bogatych w węglowodany np. zboża, ziemniaki, buraki cukrowe. Bioetanol jako paliwo znajduje zastosowanie w silnikach benzynowych jako 5%-owy dodatek do benzyny. Taką ilość dopuszcza krajowa i europejska norma dotycząca jakości benzyn EN 228. W Polsce rafinerie mają możliwość stosowania 5%-owego dodatku bioetanolu od 1993, ale wcześniej bo już w 1991 roku prowadzone były próby wprowadzania alkoholu etylowego do benzyny silnikowej, początkowo do benzyny silnikowej zawierającej czteroetylek ołowiu, a od roku 1996 także do benzyny silnikowej bezołowiowej. W roku 1998 dwie trzecie wytworzonego bioetanolu zostało wprowadzone do benzyny, a jedynie jedna trzecia dla celów spożywczych. 2. Aktualny stan produkcji biopaliw w Polsce i na świecie Biopaliwa stanowią pożyteczne uzupełnienie rynku paliw ropopochodnych. Do 2010 roku udział ich ma sięgnąć 5,75%. W polskich warunkach wydaje się to jednak nierealne. Jedynie PKN Orlen dysponuje dużą nowoczesną instalacją do produkcji estrów rzepakowych w Rafinerii Trzebinia o wydajności 100 tys. ton/rok [3]. Budowana jest druga instalacja przez grupę LOTOS S.A. o identycznej wydajności w Rafinerii Czechowice wg technologii niemieckiej dr Connemanna (Process CD). Głównymi surowcami będą olej rzepakowy i metanol. Planuje się też stosowanie innych olejów dostępnych na rynku np. oleju palmowego lun sojowego. Proces produkcyjny polega na reakcji transestryfikacji zasadowej wg (1.1) (2.1). Proces estryfikacji kwasów tłuszczowych prowadzony jest w temperaturze C, pod ciśnieniem atmosferycznym, w nadmiarze metanolu, na katalizatorze kwasowym (np. H 2 SO 4 ) wg reakcji: R-COOH + CH 3 OH kwas metanol biodiesel woda tłuszczowy katalizato r > R-COOCH3 + H 2 O (2.1) kwasowy

4 4 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 9(2008) Instalacja do ciągłej produkcji biodiesla składa się z sześciu węzłów technologicznych, których podstawowym celem jest odśluzowanie (usunięcie związków fosforu i zanieczyszczeń), neutralizacja alkoholem (neutralizacja WKT), transestryfikacja (otrzymywanie biodiesla), odzysk metanolu i wydzielenie WKT, estryfikacja kwasowa (poprawia efektywność instalacji) oraz odparowanie gliceryny (otrzymywanie gliceryny surowej). Technologia CD ma wiele zalet. Odśluzowanie prowadzone jest w procesie jednostopniowym (z nasterowaniem specjalnej wirówki), co pozwala na zmniejszenie zużycia energii elektrycznej. Olej nie wymaga suszenia, dzięki czemu proces jest przyjazny dla środowiska. Integracja cieplna układu ester surowy olej pozwala na wyeliminowanie konieczności stosowania kotła cieplnego. Węzeł neutralizacji alkoholowej pozwala na wielokrotne zastosowanie wodorotlenku sodu, który działa jako katalizator w procesie transestryfikacji oraz neutralizuje WKT. W rezultacie jego zużycie ilość zanieczyszczeń (soli) są mniejsze. Odwadnianie jest prowadzone przez chłonący wilgoć metanol zamiast suszenia. Dokładne usunięcie śluzów eliminuje problemy związane z tworzeniem emulsji i poprawia uzysk biodiesla. Istotną zaletą technologii CD jest możliwość konwersji wytworzonych w procesie i dodatkowych kupowanych na rynku tanich kwasów tłuszczowych do biodiesla, co znacznie wpływa na poprawę wskaźników ekonomicznych procesu. Technologia Connemanna jest stosowana w kilku państwach Europy, przede wszystkim w Niemczech. Opierając się na tej technologii wybudowano instalacje o łącznej wydajności ok. 600 tys. ton/rok. W najbliższych planach jest budowa następnych instalacji w Europie o mocy prawie 900 tys. ton/rok i 650 tys. ton/rok w pozostałych częściach świata. Na korzyść technologii CD Process przemawia jakość uzyskiwanych produktów. Biodiesel produkowany wg tej technologii przewyższa wymagania normy EN m.in. w zakresie zawartości wody, temperatury zapłonu, liczby kwasowej, zawartości gliceryny, metanolu i zanieczyszczeń [4]. Mimo, że dodawanie biokomponentów zmniejsza w oczywisty sposób nasze uzależnienie od importowanej ropy ciągle trwają uzgodnienia międzyresortowe nad przyjętą już przez rząd ustawą o biokomponentach i biopaliwach ciekłych, przygotowaną przez Ministerstwo Gospodarki. Jeśli od stycznia 2008 roku wejdzie obligatoryjny nakaz stosowania biokomponentów istnieje obawa, że może ich brakować. Mogłoby to podwyższyć ceny paliw, bo potrzebny byłby kosztowny import. Promocja biopaliw to jeden z programów UE. W dyrektywie z 2003 roku UE zaleciła, aby w 2005 roku paliwa silnikowe sprzedawane w państwach członkowskich zawierały 2% biokomponentów. Komisja Europejska szacuje, że rzeczywiście paliwa zawierały najwyżej 1,4% biokomponentów. W wielu państwach UE np. w ogóle nie dolewa się etanolu do benzyny. Częściej sprzedaje się olej napędowy z dodatkiem estrów. Wynika to z popularności samochodów z silnikami Diesla w niektórych państwach 70% udziału w sprzedaży stanowią auta z tymi silnikami. Moda na diesle wywołała z kolei wielki deficyt oleju napędowego. Np. Francja musi importować, aż jedną trzeci oleju napędowego. Przez promocję oleju napędowego z dodatkiem estrów pragnie ograniczyć ten import. We Francji w 2005 roku paliwa miały zawierać 2% biokomponentów. Kto nie spełnił tego obowiązku, musiał zapłacić specjalny podatek. Najwięcej biokomponentów w krajach europejskich dodawano do paliw w 2005 roku w Szwecji (3%). Rys. 2.1 przedstawia udział biokomponentów w paliwach w niektórych krajach UE w 2005 roku. Połowa francuskich stacji benzynowych sprzedaje olej napędowy z 5% dodatkiem estrów. Aby udział biopaliw mógł osiągnąć na rynku francuskim poziom 5,75% w 2010 roku,

5 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 9(2008) 5 uprawy rzepaku muszą objąć we Francji areał 1 mln ha. Co zaś dotyczy etanolu, aby osiągnąć cele wytyczone przez UE trzeba będzie wyprodukować we Francji w 2010 roku 7,5 mln hl etanolu. Wraz z powierzchniami przeznaczonymi pod uprawę rzepaku konieczne będzie przeznaczenie we Francji pod uprawy roślin energetycznych ok. 1,3 mln ha, tj. więcej niż pod uprawy na potrzeby przemysłów cukrowniczego i gorzelnianego. W Niemczech już w 2009 roku benzyna ma zawierać 2% etanolu, a olej napędowy 4,4% estrów. Premier Szwecji Göran Persson pod koniec 2005 roku oświadczył, że Szwecja w 2020 roku ma być uniezależniona strategicznie od ropy naftowej. Realizację tej polityki rozpoczęto od komunikacji miejskiej w Sztokholmie, gdzie pojawiły się autobusy przystosowane do jazdy na 95%-owym bioetanolu. Coraz więcej samochodów osobowych jeździ na 85%- owym bioetanolu. W Szwecji nie dyskutuje się, czy biopaliwa szkodzą samochodom, czy nie, bo nie wlewa się ich do tradycyjnych silników. Potrzebne są nowe konstrukcje silników przystosowane do tego typu paliw. Opracowano nowoczesne silniki przystosowane do spalania bioetanolu i biogazu wytwarzanego przez lokalnych farmerów z odpadów po produkcji rolniczej: gnojowicy lub obornika. W Polsce skorzystano ze wzorów francuskich we Francji autobusy jeżdżą na mieszance tradycyjnego diesla (70%) i biodiesla (30%). We Wrocławiu przyjęto (w drodze eksperymentu), że autobusy miejskie mogą korzystać z nowego paliwa bez konieczności zmian konstrukcyjnych. Podobną tolerancję wykazano w samochodach ciężarowych. Maszyny rolnicze mają jeszcze niższe wymagania i możliwa jest ich eksploatacja nawet na stuprocentowym oleju roślinnym. W odniesieniu do samochodów samochodach osobowych stwierdzono, że możliwy jest nawet 15%-owy udział bioetanolu, szczególnie dotyczy to starszych samochodów, nie posiadających wrażliwych na zanieczyszczenie wtryskiwaczy. W czerwcu 2006 roku rząd polski przyjął projekt ustawy o biokomponentach i biopaliwach ciekłych. Prawo to ma obowiązywać od 1 stycznia 2008 roku. Na stacjach benzynowych mają być osobne dystrybutory, których ciągle jest bardzo mało. Założeniem ustawy było, że paliwa zawierające biokomponenty miały być tańsze. Rolnicy polscy już od stycznia 2007 roku mogą produkować do 100 litrów biopaliw na hektar, ale tylko na własne potrzeby, pod warunkiem, że minimum 50% biokomponentów będzie pochodziło z ich produkcji własnej. Biopaliwa przede wszystkim mają być stosowane w rolnictwie, jest nimi zainteresowane również wojsko. Pod koniec 2006 roku Ministerstwo Finansów zmniejszyło ulgi podatkowe na biopaliwa. Z podatku całkowicie zwolnione są biokomponenty etanol dolewany do benzyny oraz estry dodawane do oleju napędowego. Obniżono natomiast ulgę w podatku akcyzowym od paliwa z dodatkiem biokomponentów z 2,2 zł do 1 zł za litr biopaliwa, a w przypadku benzyny do 1,5 zł. Ulga ta jest proporcjonalna do ilości dodawanych biokomponentów. Promowane też są biopaliwa dopłatami do upraw roślin energetycznych (45 euro za hektar z kasy unijnej oraz dodatkowo 176 zł na hektar). W sumie rolnicy obsiali w Polsce rzepakiem 680 tys. hektarów. Zgodnie z dyrektywą unijną biopaliwa do 2010 roku muszą stanowić przynajmniej 5,75% sprzedawanych paliw, a do 2020 roku do 20%. Minister Gospodarki Piotr Woźniak w lutym 2007 roku stwierdził, że Polska jest w stanie zwiększyć znacząco udział odnawialnych źródeł energii, ale poziom 20% w 2020 roku nie będzie osiągalny. Rys przedstawia prognozy udziału biokomponentów w produkcji paliw w Polsce w latach Podatek akcyzowy w marcu 2007 roku został poddany lekkiej modyfikacji. Zamiast 1 zł za litr bioestru przy

6 6 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 9(2008) produkcji oleju napędowego i 1,50 zł/litr przy bioetanolu Resort Gospodarki zwiększył nieznacznie ulgę odpowiednio do 1,048 zł i 1,565 zł. Resort Gospodarki zaproponował ulgę w podatku dochodowym. Firmy wytwarzające biopaliwa będą mogły odliczyć od podatku 19% nadwyżki kosztów wytworzenia biokomponentów nad kosztami wytworzenia paliw ciekłych o takiej samej wartości opałowej. Przewiduje się też dziesięciokrotne zwiększenie kar dla tych producentów paliw, którzy nie będą dolewali biokomponentów do paliwa (25 gr za litr wyprodukowanego paliwa bez biodolewki). 3 2,5 Udział [%] 2 1,5 1 0,5 0 Szwecja Francja Niemcy Włochy Polska Wlk. Brytania Węgry Dania Rysunek 2.1 Udział biokomponentów w paliwach w UE, 2005 r. (Źródło: Komisja Europejska [5]) 8 6 5,75 6,2 6,65 7,1 7,55 Udział [%] 4 3,45 4, ,3 0,3 0,9 0, Rysunek 2.2 Prognozy udziału biokomponentów w produkcji paliw w Polsce w latach Źródło: Ministerstwo Finansów [6] W Europie wielkie koncerny inwestują w produkcję biopaliw. Np. Statoil uruchomił pod koniec 2006 roku we wschodniej Norwegii pierwsze dystrybutory z 5%-biodieslem, a do

7 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 9(2008) 7 połowy 2007 roku już w blisko 200 stacjach w Norwegii. Ten sam koncern rozpoczął także sprzedaż BIO-5 w Szwecji. ConocoPhilips rozpoczął produkcję biopaliw głównie z soi w Irlandii. W Rafinerii Cork powstaje dziennie 150 tys. litrów biodiesla. BIO-5 dostępny jest też na stacjach Total w Belgii. Ten sam Total stawia również na bioetanol. W Paryżu i innych miastach Francji ma być uruchomionych 200 dystrybutorów BIO-85 (mieszanka 85% bioetanolu i 15% benzyny). Jeszcze dalej idzie fiński koncern Neste Oil, który zbudował dużą wytwórnię biodiesla na terenie Rafinerii w Porvoo o wydajności 170 tys. ton rocznie. Równocześnie rozpoczął budowę drugiej instalacji o takiej samej wydajności. Miała być uruchomiona w lecie 2007 roku. Koncern podpisał umowy na import z Malezji oleju palmowego, który ma być głównym surowcem w nowym zakładzie. Neste Oil chce też rozwijać produkcję biopaliw w innych częściach Europy. W Francji z firmą Total, a w Austrii z OMV. Zachętą są prognozy sprzedaży bioestrów w Europie, która z obecnych 2 mln ton rocznie ma w 2012 roku zwiększyć się do blisko 15 mln ton. Niemcy zapowiadają, że już w 2007 roku wyprodukują 2 mln ton bioestrów i 1 mln ton bioetanolu. Światowym liderem w produkcji biopaliw chce stać się Brazylia. W 2006 roku ponad połowa aut osobowych sprzedawanych w tym kraju była przystosowana do spalania bioetanolu z trzciny cukrowej. Aktualnie prawie 50% aut w tym kraju jeździ już na bioetanolu, a w 2011 roku nie będzie już aut benzynowych. Produkowany jest również w tym kraju w wielkich ilościach biodiesel z oleju palmowego i sojowego, wkrótce także ze słonecznika, orzechów, zużytych olejów spożywczych i tłuszczu zwierzęcego. W 2008 roku każdy litr oleju dieslowego będzie zawierał 2% bioestrów, a w 2013 roku co najmniej 5%. Producenci wyprzedzają te plany, np. Koncern Naftowy Petrobras już od 2006 roku sprzedaje na swoich stacjach w całym kraju olej dieslowy z 2% dodatkiem bioestrów. Benzyna w Brazylii obowiązkowo zawiera już 23% etanolu. Jeszcze w 2007 roku rząd brazylijski chce zwiększyć ten limit do 25%. W 2006 roku prezydent USA George Bush oznajmił, że jego celem jest uniezależnienie Stanów Zjednoczonych od importu ropy naftowej z krajów Bliskiego Wschodu i że w ciągu najbliższych 20 lat import ten ma zmniejszyć się o 75%. W swym orędziu Bush obiecał zwiększenie funduszy rządowych na prowadzenie badań nad alternatywnymi źródłami energii, wskazał na rolę produkcji samochodów hybrydowych na wodór i na prąd oraz biopaliw nowej generacji. Bush wyraźnie zaznaczył, że chodzi o bezpieczeństwo narodowe. W 2006 roku zaledwie 2,8% paliwa spalanego przez amerykańskie auta pochodziło ze źródeł odnawialnych. Ale amerykańscy producenci aut zobowiązali się, że już w 2012 roku połowa sprzedawanych w USA pojazdów będzie przystosowana do spalania mieszanki 85% alkoholu i 15% benzyny lub biodiesla. W USA rozpoczął się boom na biopaliwa, działa tu już 113 fabryk etanolu, a kolejnych 78 jest w budowie. Amerykanie produkują to paliwo z subwencjonowanej kukurydzy. Jej uprawy wymagają intensywnego nawożenia i używania pestycydów. Zbiór i przerób kukurydzy jest bardzo energochłonny. Bilans ekologiczny amerykańskiego etanolu jest więc mniej korzystny niż brazylijskiego alkoholu z trzciny cukrowej, wciąż jednak lepszy niż zwykłej benzyny. Opracowywane są (np. w Kanadzie) nowe technologie produkcji biopaliw ze słomy, drewna czy niektórych gatunków traw. Chodzi o zapobieżenie zmniejszaniu powierzchni lasów w takich krajach jak Indonezja, Malezja czy Brazylia. Na ich miejsce zakładane są obecnie plantacje palm, które dostarczają nasion lub miąższu owoców do wytwarzania oleju palmowego do produkcji biopaliw. Olej ten uważany jest aktualnie za najlepszy i najtańszy wyjściowy surowiec do otrzymania biopaliw. Naukowcy

8 8 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 9(2008) holenderscy stwierdzili jednak, że każda tona oleju palmowego przyczynia się do emisji dziesięciokrotnie większej ilości CO 2 niż tradycyjny olej napędowy. Ten zaskakujący fakt nie jest powszechnie znany tylko dlatego, że zwykle przy obliczeniach nie bierze się pod uwagę zwiększonej emisji CO 2, powstającej przy karczowaniu i paleniu dżungli. Rosnący entuzjazm dla zahamowania efektu cieplarnianego poprzez stosowanie biopaliw prowadzi więc niebezpiecznie do wyniszczania lasów na naszej planecie. Ekolodzy uważają, że powinno się wprowadzić kilkuletnie moratorium na wszystkie ulgi podatkowe związane z biopaliwami, dopóki nie powstaną nowe technologie pozwalające na produkcję biopaliw ze słomy, drewna czy trawy znacznie mniejszym kosztem finansowym i ekologicznym. 3. Biopaliwa nowej generacji z odpadów Prace nad nowymi technologiami już trwają, prowadzone są głównie w Kanadzie, a także w Finlandii i Chinach. Najbardziej zaawansowana w rozwoju tych badań jest fińska firma Fortum, działająca w ramach koncernu Neste Oil. Klasyczna technologia produkcji biodiesla łączy się z powstawaniem dużych ilości gliceryny, która stanowi produkt uboczny w procesie transestryfikacji olejów roślinnych i tłuszczów roślinnych do biopaliw. Szeroko są prowadzone prace nad jej wykorzystaniem [7,8], ale skala problemu jest bardzo duża [9]. Nowy kierunek badań pozwala na uzyskiwanie węglowodorowych komponentów paliwowych z tłuszczów, z pominięciem etapu wytwarzania gliceryny. Kierunek ten prowadzi do biopaliw nowej generacji [10]. Oleje roślinne i zwierzęce poddawane są procesowi hydrorafinacji, przy zastosowaniu wodoru w temperaturze C, przy ciśnieniu 5-15 MPa, wobec klasycznych katalizatorów hydrorafinacyjnych Ni/Mo i Co/Mo, stosowanych w rafineriach ropy naftowej. W wyniku uzyskuje się frakcję oleju napędowego, zawierającą głównie węglowodory parafinowe C 15 -C 18, o liczbie atomowej powyżej 100. Niektóre technologie zakładają stosowanie dodatkowo procesu hydroizomeryzacji, któremu poddaje się produkt uzyskany w procesie hydrorafinacji. Dzięki temu można uzyskać frakcje paliwowe o odpowiednio niskich temperaturach krzepnięcia. Uzyskuje się produkt o właściwościach zbliżonych do syntetycznego paliwa BTL, wytwarzanego z biomasy (biomass-to-liguid). Może to być słoma, odpady drewniane oraz produkty z plantacji roślin energetycznych, wykorzystywanych w całości do produkcji paliw. Najistotniejszym etapem procesu jest przetworzenie biomasy do odpowiedniej jakości gazu syntezowego, a następnie poddanie go procesowi syntezy Fischera i Tropscha (FT) do paliw węglowodorowych. Oczekuje się, że po dopracowaniu technologii, z jednego hektara ziemi rolniczej można będzie wyprodukować do 4000 litrów paliwa BTL. Przy założeniu, że w Europie w przyszłości można będzie przeznaczyć pod plantacje energetyczne od 4 do 6 mln ha gruntu, paliwa BTL mogłyby zastąpić 20-25% paliw mineralnych. Schemat typowego procesu BTL przedstawiono na rys. 3.1.

9 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 9(2008) 9 Rysunek 3.1. Schemat typowego procesu przerobu biomasy na paliwa płynne drogą zgazowania i syntezy. Ogromnym postępem w rozwoju paliw alternatywnych jest także opanowanie procesu fermentacji surowców lignocelulozowych w kierunku bioetanolu. Wykorzystanie odpadów drzewnych i innych roślin nie spożywczych do produkcji etanolu jako biopaliwa stwarza znacznie większe możliwości dla rozwoju tego kierunku. Istota procesu polega na hydrolizie (hemi)celulozy do cukrów C 5 (ksylozy) i C 6 (glukozy) oraz ich fermentacja do bioetanolu. Schemat procesu otrzymywania bioetanolu z surowców lignocelulozowych przedstawiono na rys Bardzo ważnym etapem procesu jest obróbka wstępna biomasy, która ma za zadanie ułatwienie dostępu do włókien lignocelulozy enzymom hydrolizy i właściwie przygotowanie polimerów ligniny i (hemi) celulozy do procesu rozkładu. O efektywności procesu decyduje właściwe przygotowanie surowca. Jako obróbkę wstępną biomasy stosuje się najczęściej działanie roztworami kwasów, zasad, wysokociśnieniową przegrzaną parą wodną lub gorącą wodą. Ten etap procesu jest nadal przedmiotem intensywnych badań i wydaje się decydować o ocenie uzyskiwanego w ten sposób bioetanolu. Obecnie największym problemem w realizacji procesu jest doprowadzenie do równoczesnego przebiegu fermentacji ksylozy i glukozy. Procesy te, jak dotąd, realizowane są w rozdzielnych etapach technologicznych. W jeden etap połączono procesy hydrolizy surowca oraz fermentacji glukozy. Fermentacja ksylozy oraz dobór właściwych dla tego procesu drożdży są nadal przedmiotem intensywnych badań, a zintegrowanie wszystkich etapów procesu i ich realizacja w jednym reaktorze to cel, do którego zmierzają prowadzone badania.

10 10 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 9(2008) Rysunek 3.2. Schemat procesu produkcji bioetanolu z biomasy celulozowej. 4. Podsumowanie Utrzymywanie się wysokich cen ropy naftowej na poziomie 90 dolarów za baryłkę oraz świadomość wyczerpywania się jej zasobów wpływa na rozwój produkcji biopaliw (biodiesla i bioetanolu) w wielu krajach. W Europie największymi producentami biopaliw są Niemcy, Francja, Włochy, Wielka Brytania i Austria. Ostatnio także Finlandia, Szwecja, Irlandia. Na świecie duże osiągnięcia w tym zakresie mają Stany Zjednoczone i Brazylia. Coraz większą uwagę skupia się na wykorzystaniu przepracowanych tłuszczów roślinnych i odpadowych zwierzęcych, a także na opracowaniu metod produkcji biopaliw nowej generacji z biomasy, w tym także biomasy celulozowej. Czekają na opracowanie tańsze metody produkcji biopaliw ze słomy, odpadów drewnianych i niektórych gatunków traw. Literatura [1]. Walisiewicz-Niedbalska W., Kijeński J., Lipkowski A.W., Różyczki K.:Przemysł Chemiczny 2006, 85, 1586 [2]. Wasiak W., Wawrzyniak R.: Czysta Energia 2006, 5, nr 1, 30 [3]. Klecan R.: Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska 2006, vol-3, 55 [4]. Lesisz M., Pindel M.: Przemysł Chemiczny 2006, 85, 1580 [5]. Informacja prasowa Gazeta Wyborcza z dn [6]. Informacja prasowa Gazeta Wyborcza z dn [7]. Miesiąc I.: Przemysł Chemiczny 2003, 82,1045 [8]. Klecan R.: Biopaliwo Gliceryna Pasza z rzepaku pod red. W. Podkówki Wydawnictwo Uczelniane ATR. Bydgoszcz 2004 [9]. Gaca J.: Czysta Energia 2006, 5, nr 11, 34 [10]. Jęczmionek Ł., Oleksiak S., Skręt I., Marchut A.: Przemysł Chemiczny 2006, 85, 1570