A. Fogalomtár (Glossary) a modulhoz
5. Biohajtóanyagok előállítása és jellemzőik
5.5. A biodízel előállítása (technológia és műszaki megoldások)
A biodízel elsősorban jármű hajtóanyag helyettesítésére, vagy pótlására szolgál, de jól használható stabil dízelmotorok üzemeltetésére is amelyeket például villamos hálózattól távoli önálló áram-telepeken alkalmaznak, de biodízel használható egyéni központi fűtésre is. Sokféle alapanyagból készíthető. Biodízelnek a biomasszából előállított dízel-hajtóanyagot nevezzük, ami telítetlen zsírsavakból előállított metil észter. Alapanyagai lehetnek a növényi olajok, állati zsiradékok és használt sütőolajok. És így az ismert biodízel fajtái
• RME – repce-metil-észter
• FAME – zsírsav-metil-észter (alapanyag: nyálkátlanított növényi olaj és használt sütőzsiradék)
• SFME – napraforgó-metil-észter
• PME – pálma-metil-észter
• SME – szója-metil-észter
• AME – 100% használt sütőolaj (sütőzsiradék)
Tágabb értelemben bármely növényi olaj lehet energiahordozó, hiszen a dízelmotorok üzemeltetéséhez elterjedésük kezdetén eredeti állapotú növényi olajokat használtak. Ez nem meglepő, mert a Diesel-motor eredetileg szabadalmaztatott hajtóanyaga a mogyoróolaj volt (ekkor még nem ismerték a gázolajat).
Magyarország agroökológiai adottságait figyelembe véve a legfontosabb termesztett alapanyag a napraforgó, illetve a repce olajos magja lehet. Külföldön már évtizedek óta alkalmazzák a biodízelt hajtóanyagként, így az előállítás és a felhasználás gyakorlata kialakult.
3.5.5.1. ábra
A biodízel előállításának első fázisa a növényolaj-préselés (vagy használt sütőolaj szűrés). Az így nyert olajok nyers formában történő felhasználása - azok triglicerid tartalma miatt - számos motortechnikai és tárolási problémát okozhat, ezért kémiai átalakítással (átészterezéssel), állítják elő a kereskedelmi forgalomban megjelenő biohajtóanyagot, a biodízelt.
3.5.5.2. ábra
Az észterező több egységből álló, növényolaj metil-észtert (MÉ) előállító komplett technológia. A berendezés képes a különböző növényolajok folyamatos észterezésére. Az észterezési technológia az következő fő munkafolyamatokból áll (egy FVM MI leírás szerint):
Észterezés
Ennek során a növényi olajok katalizátor jelenlétében reakcióba lépnek az észterező-reaktorba bevezetett metanollal, és növényolaj metil-észter (MÉ) keletkezik. Az észterezés két fokozatban zajlik két észterező a rektorban.
A nyers növényolaj az olajtárolóból a reakció-hőmérsékletre való melegítés (többszörös hőcsere) után az első észterezőbe kerül. Itt az olaj mintegy 70%-a átésztereződik, majd egy leválasztó-tartályba kerül. A tartály felső részéről elvett észterolaj keverék ismételt hőcsere után jut a második észterező reaktorba. Itt az észterezés 96-98%-ban végbemegy. A két leválasztó-tartály aljáról a glicerinfázis elvezetésre kerül. A metil-észter a második leválasztótartályból a metanol-leválasztóba jut.
Metanol leválasztása
Az észterezés alkoholtöbblettel történik, ezért a felesleges alkoholt el kell távolítani és vissza kell nyerni. Ez a folyamat a deszorpciós toronyban történik, ahol ellenáramú, szárított, előmelegített levegő segítségével a metil-észterből a felesleges alkohol eltávozik, majd a kondenzációs egységben lecsapódik, és visszakerül a katalizátor-előkészítőbe. A metanol eltávolítása után, mivel annak emulgeáló hatása megszűnik, az anyagban még meglévő glicerin ismételten leválasztásra kerül.
Finalizáció
Az előzőekben leírt eljárással készült MÉ még tartalmaz alkáli elemeket (a katalizátormaradék), valamint szappanokat is. A finalizálóban ezek eltávolítása, illetve feloldása, oldható formává való átalakítása történik.
Illékony anyagok eltávolítása
A vegyszerek maradékai, az esetlegesen előforduló víz egy deszorpciós toronyban előmelegített levegő segítségével távozik el a metil-észterből.
A biodízel előállításának felfutása lehetőséget biztosíthat a termelőknek a repce és a napraforgó értékesítésére, illetve észterező gyárakkal történő megállapodás függvényében kisebb olajpréselő üzemek létrehozásával magasabb feldolgozottságú (így magasabb jövedelmezőséget jelentő) termékek előállítására.
A biodízel felhasználható tiszta formában, illetve a gázolajhoz keverve. Tiszta- vagy magas biodízel-tartalmú üzemanyag felhasználása esetén a káros lerakódások elkerülése és az észterek kémiai tulajdonságai miatt (pl.
gumitömítéseket oldják) a motorok és az üzemanyag-ellátó rendszer kismértékű átalakítását, az adagolók újraszabályozását igényelheti. Egyes korszerűbb gépjárművek átalakítás nélkül is képesek közvetlenül felhasználni a magas biodízel-tartalmú üzemanyagokat (FAME). A tiszta, vagy magas biodízel-tartalmú üzemanyag felhasználása előtt mindenképpen indokolt meggyőződni arról, hogy a gépjármű (vagy stabil üzemű motor) alkalmas-e a felhasználására A motor élettartamának megőrzése céljából kizárólag szabványos, minőségi garanciával rendelkező, ellenőrzött forrásból származó biodízelt szabad felhasználni.
A biodízel felhasználásával csökkenthető a CO2-többlet emisszió, csökken a kipufogógáz CO és SO2 tartalma, kis mértékben nő a NOx mennyisége.
A biodízel-gyártás energiamérlege
A biodízel előállítása (mint az egyéb biohajtóanyagoké is) energiaigényes folyamat. Az előállításhoz felhasznált energia mennyisége jelentősen meghaladja a fosszilis hajtóanyagok előállításának energiaigényét. További probléma az, hogy a biohajtóanyagok előállításához jelentős mennyiségben használnak fel fosszilis
energiahordozókat is. Ezért minden esetben vizsgálni kell az energiamérleget. Az energiamérleg az egységnyi mennyiségű hajtóanyag előállításához a technológiába bevitt (Einp.) és a hajtóanyagból kinyerhető (Eoutp.) energia összevetésével határozható meg.
Az energetikai hatásfok η = (Eoutp. – Einp.) / Eoutp.), illetve az energetikai többszörös: t = Eoutp./ Einp.
Biodízel esetében t = 1,05-1,5 között változik, tehát a biodízel alkalmazásának jelenleg elsősorban környezetvédelmi, és nem energetikai előnye van. A jelenleg alkalmazott technológiák esetében a biodízel használata a fogyasztónál csak akkor gazdaságos, ha nem terheli (a fosszilis eredetű hajtóanyagokra érvényben levő) jövedéki adó (amely egyébként jelentős állami bevételi forrás).
A biodízel és a bioetanol (alkoholként) jövedéki termék, ezért előállítása, forgalmazása, bekeverése és birtoklása kizárólag a mindenkor hatályos jövedéki szabályok betartásával történhet!