THE ANALYSIS OF THE AVAILABLE TECHNOLOGIES OF EXPLOITING AND APPLYING BIOHYDROCARBONS FOR FUEL PRODUCTION PART II

Aviation Advances & Maintenance Volume 40 Issue 2 2017 DOI 10.1515/afit-2017-0008 Halina GIELO-KLEPACZ Grażyna KARP Wojciech DZIĘGIELEWSKI Air Force Institute of Technology (Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych) THE ANALYSIS OF THE AVAILABLE TECHNOLOGIES OF EXPLOITING AND APPLYING BIOHYDROCARBONS FOR FUEL PRODUCTION PART II (Analiza dostępnych technologii pozyskiwania i zastosowania biowęglowodorów do produkcji paliwa Część II, s. 50) Abstract: The article described the possibilities of using biohydrocarbons as self-ignition fuels, aircraft or automotive fuel components on the basis of the biotechnology implemented in the industry. Key words: aircraft fuel, automotive fuel, biotechnologies Streszczenie: W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania biowęglowodorów jako paliw samoistnych lub komponentów paliw lotniczych i samochodowych na podstawie wdrożonych w przemyśle biotechnologii. Zaprezentowano również koncepcje przeróbki składników biomasy w zakresie pozyskiwania komponentów paliwowych. Słowa kluczowe: paliwa lotnicze, paliwa samochodowe, biotechnologie

40 Halina Gielo-Klepacz, Grażyna Karp, Wojciech Dzięgielewski 1. Introduction In the I part of this publication (see Vol. 40, Iss.1) the current state of knowledge in the field of using biohydrocarbons for fuel production was reviewed. Part II portrays technologies applied to produce biohydrocarbons. Currently, they are mostly at their experimental stage. Some of them have been implemented in the industry at the pilot scale [3]. The most advanced technologies include BioForming, HVO (Hydrotreated Vegetable Oils), BtL (Biomass-to-Liquid), and SMDS (Shell Middle Distillate Synthesis). 2. BioForming Technology BioForming Technology was implemented in Virent Energy Systems (USA) on a pilot scale. The technological process consists in the biomass (sugars, glucose, sorbitol) being subject to catalytic reforming (ZSM-5 heterogeneous catalyst) in the aqueous phase (APR process Aqueous-Phase Reforming) in moderate conditions (temperature approx. 250 C, pressure approx. 5 MPa). A key advantage of BioForming process is the ability to generate hydrogen (in situ) from carbohydrates, what substantially contributes to increasing the effectiveness of the process and reducing its costs. As a result of the occurring changes, gas products and a mixture of hydrocarbons (as a liquid product) were obtained. Fig. 1. Technological process of BioForming

The analysis of the available technologies of exploiting and applying... 41 A liquid product is processed into liquid fuels: unbranched hydrocarbons (paraffins) diesel oil components (used in compression-ignition and turbine engines), aliphatic branched hydrocarbons (isoparaffins) and aromatic compounds intended for gasoline. Fig. 1 below illustrates a technological process [9]. Catalysts used in the BioForming process ensure the increased reaction speed, possibility to apply different biofeedstock as well as a proven process reliability, decreased demand for energy. In addition, they may be also used in production on a large scale. The process resembles catalytic process utilized in refining of petroleum. Hydrocarbons obtained in BioForming process distinguish themselves by the similar structure and properties as those which are created in processing of petroleum. They may completely replace petroleum products or may be added in any quantities while obtaining best-quality products such as gasoline, diesel oil, aircraft fuel. Biofuel for self-ignition engines A patented Virent technology, which is based on BioForming process, enables to produce diesel oil from biofeedstock such as cellulose, plant sugars and others. This technology is used to obtain biofuel, which is similar to the existing petroleum equivalents. Physicochemical properties of this biofuel fulfil or exceed all key requirements of diesel oil derived from petroleum. It is characterized among others by similar cetane number and excellent lowtemperature properties. These properties are frequently difficult to obtain in other technologies. It is confirmed by a graph in fig. 2 illustrating the comparison of fraction composition of a conventional diesel oil and biofuel obtained by the application of Virent technology. Biofuel manufactured by using Virent technology, according to the producer, may be directly aimed at logistic infrastructure such as pipelines, tanks, pomps, without additional production investments and uncertainty in the application [9].

42 Halina Gielo-Klepacz, Grażyna Karp, Wojciech Dzięgielewski Fig. 2. Comparison of fraction composition of a conventional diesel oil and biofuel obtained by using Virent technology Biofuel for turbine aircraft engines A patented Virent technology from biofeedstock used to derive diesel oil (biofuel for compression-ignition engines) proves also useful to obtain biofuel for turbine aircraft engines. In this technology, it is possible to manufacture a ready-made biofuel destined for turbine aircraft engines, which shows comparable physicochemical parameters as fuel produced by refining petroleum. A graph in fig. 3 shows the comparison of fraction composition of a conventional jet fuel and biofuel to turbine aircraft engine obtained by applying the Virent technology. An advantage of Virent biofuel is a very low crystallization temperature (-71 C), exceeding approx. 1.5 times the requirements of maintaining fluidity in very low temperatures at heigh altitudes for conventional jet fuel, it amounts to -47 C. In addition, this fuel is distinguished by a very high thermal stability (Jet Fuel Thermal Oxidation Test) in temperature of 325 C (for conventional fuel 260 C is required) [9].

The analysis of the available technologies of exploiting and applying... 43 Fig. 3. Comparison of fraction composition of a conventional Jet fuel with fuel obtained by using Virent technology In Virent technology, it is possible to obtain hydrocarbons such as n-paraffins, iso-paraffins, naphthenes and aromatic hydrocarbons for aircraft fuel production, by applying solely renewable sources. In other biotechnologies, production of aromatic hydrocarbons poses some difficulties and most often they are derived from petroleum in the form of components. Biofuel for spark-ignition engines The patented Virent technology enables to produce biofuel to spark-ignition engines from the so-called biofeedstock. This process allows to derive aromatic and paraffin hydrocarbons by using different feedstocks, i.a. cellulosic, plant sugars etc. The obtained biofuel is distinguished by the similar composition as petroleum, what is illustrated on the graph in fig. 4.

44 Halina Gielo-Klepacz, Grażyna Karp, Wojciech Dzięgielewski Fig. 4. The comparison of the composition of the conventional gasoline with the gasoline produced by using Virent technology Gasoline produced by applying Virent technology is characterized by substantially higher calorific value than the gasoline with bioethanol and exceeds the calorific value of gasoline derived from petroleum [9]. The manufacturer informs that it may be directly guided to the existing infrastructure applied for kerosenebased fuels, without additional production investment and uncertainty in the application. 3. HVO technology HVO technology consists in hydrogenating a vegetable oil; for the first time it was implemented in Parvoo in Finland (Neste Oil). A fundamental advantage of this technology is obtaining a product, which is a hydrocarbon fraction of diesel oil. Physicochemical and performance properties of this product are similar to the properties of mineral diesel oil. The feedstock used for production may be different vegetable oils, however, for economic reasons Neste Oil [1] prefers a palm oil. A technological process was described below: catalytic, hydrogen, temperature 350 450 C, pressure 30 150 atm., final product liquid paraffin hydrocarbons.

The analysis of the available technologies of exploiting and applying... 45 An example of the process (UOP/Eni) was portrayed in fig. 5. Fig. 5. An example of the process (UOP/Eni) based on HVO technology [8] The course of the hydrogenation reaction of vegetable oil according to UPO/Eni was depicted in fig. 6. Fig. 6. The course of hydrogenation reaction of vegetable oil according to UOP/Eni In HVO technology a mixture of straight-chain aliphatic hydrocarbons and branched paraffins with the number of atoms in a molecule C15 C18 is acquired. HVO product is free from any aromatic hydrocarbons and its composition is very similar to diesel oils obtained during the Fischer-Tropsch process from natural gas

46 Halina Gielo-Klepacz, Grażyna Karp, Wojciech Dzięgielewski and gasification of biomass. In the process, light biohydrocarbons and green propane are obtained as by-products. These hydrocarbons may be mixed with gasoline, what ensures its high calorific value but the octane number is low. Green propane can be used in cars with LPG system. According to the manufacturer, this process might be applied also to produce aircraft fuel such as kerosene. The basic properties of biofuel produced in UOP/Eni process were shown in table 1. Table 1 Basic properties of biofuel obtained by using UOP/ENI technology (manufacturer s data) in comparison to HVO [3]. Property Requirements according to PN-EN 590:2013 FAME Examples of results Biofuel UOP/ENI HVO Oxygen content [%] - - 0 - Density in 20 C [g/cm 3 ] 0,820 0,845 (15 C) 0,88 0,78 0,78 Sulfur content [ppm] <10 <1 <1 <1 Calorific value [MJ/kg] - 38 44 44 Cloud point [ C] -34-10 -5 +15-10 +5-5 -25 Boiling point [ C] 200 350 340 355 265 320 180 320 Cetane number 51 50 65 70 90 70 90 HVO products show much more similarities to kerosene-based diesel oil than FAME. In reality, HVO properties are very similar to the properties of synthetic GTL diesel oil, which was previously considered as the best diesel oil for engines. Additionally, the manufacturer underlines that for HVO test the same analytic methods were implemented as for kerosene-based fuels, as distinguished from FAME. It is entirely crucial from the point of view of managing the quality of the product. 4. BtL technology BtL technologies (ang. Biomass-To-Liquid fuels) [5] of manufacturing synthetic biofuel allow to use nearly all plant-based feedstocks not utilized in the food industry. These technologies are based on gasification of biomass. As feedstock, wood, energetic plants and organic waste can be applied.

The analysis of the available technologies of exploiting and applying... 47 The first BtL technology [2], based on Carbo-Verfahren-Technologie [4] process, with the production capacity of 15 thous. t./year engine fuels was implemented in German Choren Industries in Freiburg. The process consists of three stages. The first one encompasses the distribution of biomass in the temperature of 400 500 C with oxygen or air and the product is gas contamined with tar and bio-coke. In the second stage the obtained gas is subject to the additional oxidation in high temperature and the third stage consists in injecting in this hot fluid a bio-coke, which is ground into dust. The acquired raw synthesis gas contains hydrogen and carbon oxide (CO). After purification it becomes feedstock, from which during Fischer Tropsch synthesis, liquid fuel is derived. The previously conducted tests demonstrated that this fuel has good performance properties, i.a. a high cetane number (exceeding 70). According to the provided information [4], this technology raises strong interest of many concerns. An example of Choren Carbo-V process based on BtL technology is shown in fig. 7. Fig. 7. An example of Choren Carbo-V process based on BtL technology [10] 5. SMDS technology Choren implemented other patented SMDS (Shell Middle Distillate Synthesis) technology of obtaining biofuel for compression-ignition engines (SunDiesel ) [6]. SunDiesel is derived in the modified Fischer Tropsch process by the conversion

48 Halina Gielo-Klepacz, Grażyna Karp, Wojciech Dzięgielewski of synthesis gas. Due to this process, long-chain paraffins are produced, which, from a technological point of view, are very beneficial due to the lowest amount of by-products. In the next stage, as a result of the combined hydroisomerization and hydrotreating, lighter components are obtained, which are utilized to produce SunDiesel. Choren underlines a range of properties of SunDiesel exceeding the properties of kerosene-based diesel oil: high cetane number, lack of aromatics and sulfur, the possibility to directly apply it to the existing infrastructure systems and compression-ignition engines. Choren implemented this process on an industrial scale in collaboration with Shell and the processing capacity amounts to 260 thous. barrels of petroleum daily. 6. Biofuels in Poland Domestic refineries prepare intensively for the production of alternative fuels. Despite the numerous technologies being developed throughout the world and undoubtedly environmental-friendly aspects of their implementation, the production of domestic biofuel on the basis of hydrocarbons so far has not been accomplished. In Poland, there is still a lot to do in this domain, both in the field of technical infrastructure as well as as regards legal regulations. Requirements of the UE stipulate that in 2020 the share of energy from renewable sources, in all transport means, will amount at least to 10% of the final energy consumption in transport. Therefore, a key solution would be a maximum usage of feedstock and technological potential of the country, which should simultaneously support the development of biofuels of II generation in Poland. It is assumed that it will be an evolutionary model of development aimed both at investment development and appropriate usage of the domestic potential in the long run [7]. References 1. Aatola H., Larmi M., Sarjovaara T., Mikkonen S.: Hydrotreated Vegetable Oil (HVO) as a Renewable Diesel Fuel: Trade-off between NOx, Particulate Emission, and Fuel Consumption of a Heavy Duty Engine. SAE Technical Paper, 2008-01-2500. 2. Kamm B.: Production of platform chemicals and synthesis gas from biomass. Angewandte Chemie Int. Ed., 2007, 46, 5056.

The analysis of the available technologies of exploiting and applying... 49 3. Kulczycki A., Dzięgielewski W.: Biopaliwa lotnicze oparte na biowęglowodorach i innych biokomponentach. Journal of KONBiN 2011, No 1(17). 4. Przemysł Chemiczny 2007, 86, 235; Przemysł Chemiczny 2009, 88, 35. 5. Stocker M.: Biofuels and biomass-to-liquid fuels in the biorefinery: catalytic conversion of lignocellulosic biomass using porous materials. Angewandte Chemie Int. Ed., 2008, 47, 9200. 6. www.biofuelstp.eu/btl.html 7. www.odnawialnezrodloenergii.pl 8. www.uop.com/hydroprocessing-ecofining 9. www.virent.com/technology/bioforming/ 10. www.energytrendinsider.com/2008/05/03/visit-to-new-choren-btl

Aviation Advances & Maintenance Volume 40 Issue 2 2017 DOI 10.1515/afit-2017-0008 Analiza dostępnych technologii pozyskiwania i zastosowania biowęglowodorów do produkcji paliwa Część II 1. Wprowadzenie W części I publikacji (zob. Vol. 40, Iss. 1) dokonano przeglądu aktualnego stanu wiedzy w zakresie wykorzystania biowęglowodorów do celów paliwowych. W części II przedstawiono technologie używane do wytwarzania biowęglowodorów. Aktualnie są one najczęściej w fazie doświadczalnej. Niektóre z nich zostały zastosowane w przemyśle w skali pilotażowej [3]. Do najbardziej zaawansowanych technologii należą: BioForming, HVO (Hydrotreated Vegetable Oils), BtL (Biomass-to-Liquid), SMDS (Shell Middle Distillate Synthesis). 2. Technologia BioForming Technologia BioForming wdrożona została w skali pilotażowej w firmie Virent Energy Systems (USA). Proces technologiczny polega na poddaniu biomasy (cukrów glukozy/sorbitolu) reakcji reformingu katalitycznego (katalizator heterogenny ZSM-5) w fazie wodnej (proces APR Aqueous-Phase Reforming), w umiarkowanych warunkach (temp. ok. 250 C, ciśnienie ok. 5 MPa). Kluczową zaletą procesu BioForming jest zdolność do wytwarzania wodoru (in situ) z węglowodanów, co znacznie przyczynia się do zwiększenia wydajności procesu i obniżenia jego kosztów. W wyniku zachodzących przemian uzyskuje się produkty gazowe oraz mieszaninę węglowodorów jako produkt ciekły. Produkt ciekły jest przerabiany na paliwa ciekłe: węglowodory nierozgałęzione (parafiny) składniki oleju napędowego (do silników wysokoprężnych i turbinowych), węglowodory rozgałęzione alifatyczne (izo-parafiny) i związki aromatyczne przeznaczone do benzyn. Poniżej, na rys. 1 zilustrowano proces technologiczny [9].

Analiza dostępnych technologii pozyskiwania i zastosowania biowęglowodorów... 51 Rys. 1. Proces technologiczny BioForming Katalizatory stosowane w procesie BioForming zapewniają zwiększoną szybkość reakcji, możliwość stosowania różnych surowców biomasowych, a także sprawdzoną niezawodność procesu, zmniejszone zapotrzebowanie na energię, ponadto mogą być wykorzystywane w produkcji na dużą skalę. Proces przypomina procesy katalityczne stosowane w rafinacji ropy naftowej. Węglowodory otrzymywane w procesie BioForming charakteryzują się podobną budową i właściwościami jak te, które pochodzą z przeróbki ropy naftowej. Mogą one całkowicie zastąpić produkty ropopochodne lub mogą być dodawane w dowolnych ilościach podczas otrzymywania najwyższej jakości produktów, takich jak: benzyna, olej napędowy, paliwo lotnicze. Biopaliwo do silników o zapłonie samoczynnym Na procesie BioForming oparta jest opatentowana technologia Virent, która umożliwia produkcję oleju napędowego z biosurowców takich jak celuloza, cukry roślinne i inne. W tej technologii uzyskuje się gotowe biopaliwo, które jest podobne do istniejących ropopochodnych odpowiedników. Właściwości fizykochemiczne tego biopaliwa spełniają lub przewyższają wszystkie kluczowe wymagania dla oleju napędowego pochodzącego z ropy naftowej. Charakteryzuje się m.in. porównywalną liczbą cetanową oraz doskonałymi właściwościami niskotemperaturowymi. Te właściwości są często trudne do uzyskania w innych technologiach. Potwierdza to przedstawiony na rys. 2 wykres ilustrujący porównanie składu frakcyjnego konwencjonalnego oleju napędowego oraz biopaliwa otrzymanego za pomocą technologii Virent.

52 Halina Gielo-Klepacz, Grażyna Karp, Wojciech Dzięgielewski Biopaliwo uzyskane za pomocą technologii Virent, według producenta, może być bezpośrednio kierowane do infrastruktury logistycznej, takiej jak rurociągi, zbiorniki, pompy bez dodatkowych inwestycji produkcyjnych i niepewności stosowania [9]. Rys. 2. Porównanie składu frakcyjnego konwencjonalnego oleju napędowego i biopaliwa otrzymanego w technologii Virent Biopaliwo do turbinowych silników lotniczych Opatentowana technologia Virent z biosurowców służących do produkcji oleju napędowego (biopaliwa do silników o zapłonie samoczynnym) umożliwia także otrzymywanie biopaliwa do turbinowych silników lotniczych (TSL). W tej technologii uzyskuje się gotowe biopaliwo przeznaczone do TSL, które ma porównywalne parametry fizykochemiczne z paliwem pochodzącym z rafinacji ropy naftowej. Wykres na rys. 3 ilustruje porównanie składu frakcyjnego konwencjonalnego paliwa Jet oraz biopaliwa do TSL otrzymanego za pomocą technologii Virent.

Analiza dostępnych technologii pozyskiwania i zastosowania biowęglowodorów... 53 Rys. 3. Porównanie składu frakcyjnego konwencjonalnego paliwa Jet i paliwa otrzymanego w technologii Virent Zaletą biopaliwa Virent jest bardzo niska temperatura krystalizacji (-71 C), przewyższająca ok. 1,5 raza wymaganie zachowania płynności w bardzo niskich temperaturach na dużych wysokościach dla paliwa konwencjonalnego Jet jest to -47 C. Ponadto paliwo to charakteryzuje się bardzo wysoką stabilnością termiczną (JFTOT) w temperaturze 325 C (wymagania dla paliwa konwencjonalnego to 260 C) [9]. W technologii Virent można otrzymywać takie węglowodory jak n-parafiny, izoparafiny, nafteny i węglowodory aromatyczne do produkcji paliwa lotniczego, wykorzystując wyłącznie surowce odnawialne. W innych biotechnologiach uzyskanie węglowodorów aromatycznych nastręcza pewnych trudności i najczęściej w formie komponentów pochodzą one z ropy naftowej. Biopaliwo do silników o zapłonie iskrowym Opatentowana technologia Virent umożliwia także wytwarzanie biopaliwa do silników o zapłonie iskrowym z ww. biosurowców. W procesie tym można pozyskiwać węglowodory aromatyczne i parafinowe, wykorzystując różnorodne surowce, m.in. celulozowe, cukry roślinne itp. Otrzymywane biopaliwo charakteryzuje się podobnym składem jak ropopochodne, co ilustruje wykres przedstawiony na rys. 4.

54 Halina Gielo-Klepacz, Grażyna Karp, Wojciech Dzięgielewski Rys. 4. Porównanie składu konwencjonalnej benzyny z benzyną otrzymaną za pomocą technologii Virent Benzyna z technologii Virent charakteryzuje się znacznie wyższą wartością opałową niż benzyna z zawartym w niej bioetanolem oraz przewyższa wartość opałową benzyny pochodzącej z ropy naftowej [9]. Producent informuje, że może być bezpośrednio kierowana do istniejącej infrastruktury używanej do paliw pochodzenia naftowego, bez dodatkowych inwestycji produkcyjnych i niepewności stosowania. 3. Technologia HVO Technologia HVO polega na uwodornieniu oleju roślinnego; po raz pierwszy uruchomiona została w Parvoo w Finlandii (Neste Oil). Podstawową zaletą tej technologii jest otrzymywanie produktu będącego węglowodorową frakcją oleju napędowego. Właściwości fizykochemiczne i użytkowe tego produktu są zbliżone do właściwości mineralnego oleju napędowego. Surowcem do produkcji mogą być różnego rodzaju oleje roślinne, przy czym ze względów ekonomicznych firma Neste Oil [1] preferuje olej palmowy.

Analiza dostępnych technologii pozyskiwania i zastosowania biowęglowodorów... 55 Poniżej scharakteryzowano proces technologiczny: katalityczny, wodorowy, temperatura 350 450 C, ciśnienie 30 150 atm., produkt finalny ciekłe węglowodory parafinowe. Przykładowy proces (UOP/Eni) zilustrowano na rys. 5. Rys. 5. Przykładowy proces (UOP/Eni) oparty na technologii HVO [8] Przebieg reakcji uwodornienia oleju roślinnego według UPO/Eni przedstawiono na rys. 6. Rys. 6. Przebieg reakcji uwodornienia oleju roślinnego według UOP/Eni W technologii HVO otrzymuje się mieszaninę węglowodorów, prostołańcuchowych i rozgałęzionych parafin, o liczbie atomów węgla w cząsteczce C15 C18.

56 Halina Gielo-Klepacz, Grażyna Karp, Wojciech Dzięgielewski Produkt HVO jest praktycznie wolny od węglowodorów aromatycznych, a jego skład jest bardzo podobny do olejów napędowych otrzymywanych w procesie Fischera Tropscha z gazu ziemnego i zgazowania biomasy. W procesie powstają w niewielkich ilościach lekkie biowęglowodory i biopropan jako produkty uboczne. Węglowodory te mogą być mieszane z benzyną, co zapewnia jej wysoką wartość energetyczną, ale za to niedostatkiem jest niska liczba oktanowa. Biopropan może być wykorzystany w samochodach z instalacją LPG. Według producenta proces ten ma także potencjał do produkcji paliwa lotniczego typu nafty. Podstawowe właściwości biopaliwa otrzymywanego w procesie UOP/Eni przedstawiono w tabeli 1. Podstawowe właściwości biopaliwa uzyskiwanego w technologii UOP/ENI (dane producenta) w porównaniu do HVO [3] Tabela 1 Wymagania Przykładowe wyniki Właściwość wg PN-EN Biopaliwo 590:2013 FAME UOP/ENI HVO Zawartość tlenu [%] - - 0 - Gęstość w 20 C [g/cm 3 ] 0,820 0,845 (15 C) 0,88 0,78 0,78 Zawartość siarki [ppm] <10 <1 <1 <1 Wartość opałowa [MJ/kg] - 38 44 44 Temperatura mętnienia [ C] -34-10 -5 +15-10 +5-5 -25 Temperatura wrzenia [ C] 200 350 340 355 265 320 180 320 Liczba cetanowa 51 50 65 70 90 70 90 Produkty pochodzące z HVO mają znacznie więcej podobieństw do oleju napędowego pochodzenia naftowego niż FAME. W rzeczywistości własności HVO są bardzo podobne do własności syntetycznego oleju napędowego GTL, który był wcześniej uważany za najlepszy olej napędowy do silników. Dodatkowo producent podkreśla, że do badania HVO są stosowane te same metody analityczne co do paliw pochodzenia naftowego, w odróżnieniu od FAME. Ma to bardzo istotne znaczenie z punktu widzenia sprawowania kontroli nad jakością produktu.

Analiza dostępnych technologii pozyskiwania i zastosowania biowęglowodorów... 57 4. Technologia BtL Technologie BtL (ang. Biomass-To-Liquid fuels) [5] wytwarzania syntetycznego biopaliwa pozwalają na stosowanie prawie wszystkich surowców roślinnych niewykorzystywanych w przemyśle spożywczym. Technologie te oparte są na zgazowaniu biomasy. Jako surowiec stosowane mogą być przede wszystkim: drewno oraz rośliny energetyczne, ale również odpady organiczne. Pierwsza technologia BtL [2], w oparciu o proces Carbo-Verfahren-Technologie [4], o mocy produkcyjnej 15 tys. t./rok paliw silnikowych została wdrożona w niemieckiej firmie Choren Industries we Freibergu. Proces jest trójetapowy. W pierwszym etapie następuje rozkład biomasy w temperaturze 400 500 C z udziałem tlenu lub powietrza, a produktem jest gaz zanieczyszczony powstałą smołą i biokoksem. W drugim etapie otrzymany gaz jest poddawany dodatkowemu utlenieniu w wysokiej temperaturze, zaś w trzecim etapie do tego gorącego medium jest wdmuchiwany zmielony na pył biokoks. Otrzymany surowy gaz syntezowy zawiera przede wszystkim wodór i tlenek węgla (CO). Po oczyszczeniu jest on surowcem, z którego w syntezie Fischera Tropscha otrzymuje się ciekłe paliwo. Przeprowadzone wcześniej próby wykazały, że paliwo to ma dobre właściwości użytkowe, m.in. wysoką liczbę cetanową (powyżej 70). Według podanych informacji [4], technologia ta wzbudza zainteresowanie wielu koncernów. Przykładowy proces Choren Carbo-V oparty na technologii BtL ilustruje rys. 7. Rys. 7. Przykładowy proces Choren Carbo-V oparty na technologii BtL [10]

58 Halina Gielo-Klepacz, Grażyna Karp, Wojciech Dzięgielewski 5. Technologia SMDS Zakład Choren wdrożył inną opatentowaną technologię SMDS (Shell Middle Distillate Synthesis) otrzymywania biopaliwa do silników o zapłonie samoczynnym (SunDiesel ) [6]. SunDiesel jest uzyskiwany w zmodyfikowanym procesie Fischera Tropscha przez konwersję gazu syntezowego. W wyniku tego procesu otrzymuje się długołańcuchowe parafiny, które z technologicznego punktu widzenia są bardzo korzystne z uwagi na mniejszą ilość niepożądanych produktów ubocznych. W następnym etapie, w wyniku połączonej hydroizomeryzacji i hydrokrakingu uzyskuje się lżejsze komponenty do wytwarzania SunDiesel. Choren wymienia szereg właściwości SunDiesel przewyższających właściwości oleju napędowego pochodzenia naftowego: wysoka liczba cetanowa, brak aromatów i siarki, możliwość bezpośredniego użycia w istniejących systemach infrastruktury i w silnikach wysokoprężnych. Zakład Choren wdrożył ten proces na skalę przemysłową we współpracy z firmą Shell, a zdolność przerobu odpowiada 260 tys. baryłek ropy naftowej dziennie. 6. Biopaliwa w Polsce Krajowe rafinerie od pewnego czasu czynią intensywne przygotowania do produkcji paliw alternatywnych. Mimo licznie opracowanych na świecie technologii i niewątpliwie przyjaznych dla środowiska aspektów ich wdrażania, dotychczas nie udało się uruchomić produkcji krajowego biopaliwa na bazie węglowodorów. W Polsce w tej dziedzinie jest jeszcze wiele do zrobienia, zarówno w zakresie infrastruktury technicznej, jak i uregulowań prawnych. Wymagania UE zakładają, że w 2020 r. udział energii ze źródeł odnawialnych, we wszystkich rodzajach transportu, ma wynieść co najmniej 10% końcowego zużycia energii w transporcie. Kluczowe wobec takiej sytuacji będzie maksymalne wykorzystanie potencjału surowcowo-technologicznego kraju, co powinno jednocześnie wesprzeć rozwój w Polsce rynku biopaliw II generacji. Zakłada się, że będzie to ewolucyjny model rozwoju ukierunkowany zarówno na rozwój inwestycyjny, jak i odpowiednie wykorzystanie krajowego potencjału w dalszej perspektywie [7].

Analiza dostępnych technologii pozyskiwania i zastosowania biowęglowodorów... 59 Literatura 1. Aatola H., Larmi M., Sarjovaara T., Mikkonen S.: Hydrotreated Vegetable Oil (HVO) as a Renewable Diesel Fuel: Trade-off between NOx, Particulate Emission, and Fuel Consumption of a Heavy Duty Engine. SAE Technical Paper, 2008-01-2500. 2. Kamm B.: Production of platform chemicals and synthesis gas from biomass. Angewandte Chemie Int. Ed., 2007, 46, 5056. 3. Kulczycki A., Dzięgielewski W.: Biopaliwa lotnicze oparte na biowęglowodorach i innych biokomponentach. Journal of KONBiN 2011, No 1(17). 4. Przemysł Chemiczny 2007, 86, 235; Przemysł Chemiczny 2009, 88, 35. 5. Stocker M.: Biofuels and biomass-to-liquid fuels in the biorefinery: catalytic conversion of lignocellulosic biomass using porous materials. Angewandte Chemie Int. Ed., 2008, 47, 9200. 6. www.biofuelstp.eu/btl.html 7. www.odnawialnezrodloenergii.pl 8. www.uop.com/hydroprocessing-ecofining 9. www.virent.com/technology/bioforming/ 10. www.energytrendinsider.com/2008/05/03/visit-to-new-choren-btl