Biodízel és előállítása

Bioüzemanyagok 2

• Bioetanol, biodízel, biohidrogén és glicerinről szóló diavetítés
• A diavetítés bemutatja bioüzemanyagok különböző típusait
• A bioüzemanyagok növényi vagy állati biomasszából származnak

Bioetanol

• A bioetanol glükóz, keményítő és cellulóz alapanyagra épül

• A cukor alapú bioetanol gyártás fotoszintézissel kezdődik, ahol a növények cukrot termelnek.

• Ezután a cukor kinyerése zajlik, és végül fermentációval alkoholká alakul.

• A fermentáció során fermentációs maradék és alkohol keletkezik.

• A tisztítás és desztilláció következik a tiszta alkohol előállításához.

• A keményítő alapú bioetanol gyártás biomassza termeléssel indul.

• A biomasszát fizikai-kémiailag előkezelik, majd enzimeket alkalmaznak a keményítő lebontására.

• A fermentáció során fermentációs maradék és alkohol keletkezik.

• A tisztítás és desztilláció következik a tiszta alkohol előállításához.

• A cellulóz alapú bioetanol gyártás biomassza termeléssel kezdődik.

• A cellulózt fizikai-kémiailag előkezelik, majd enzimeket alkalmaznak annak lebontására.

• Különböző enzimes előkezeléssel glükóz és pentóz keletkezik a fermentációnál.

• A fermentációból eredő lignint és fermentációs maradékot elkülönítik.

• Tisztítás és desztilláció következik a tiszta alkohol előállításához.

Keményítő fizikai-kémiai előkezelése

• A keményítő hidrofób jellege miatt előkezelés szükséges.
• A hidrátburok kialakítása hő segítségével történik.
• Ez az előkezelési eljárás a keményítőre hat, hogy könnyebben bontható legyen.

Enzimes előkezelés cefrekádban

• A keményítő elágazó cukorpolimerként viselkedik.
• A hidrolázok kovalens kötések hasítását katalizálják.
• A glükoamiláz 1,3-, 1,4- és 1,6-glükozid kötéseket bont.
• A. niger és más enzimek is szerepet játszanak
• Alfa amilázok 1,4 glükozid kötést bontanak
• B. licheniformis, B. substilis, A. oryzae enzimek is részt vesznek a keményítők lebontásában.

Alkohol fermentáció

• S. cerevisae eukarióta gomba, amely részt vesz az alkohol fermentációban.
• A glikolízis a citoplazmában történik.
• Légzés folyamata a mitokondriumokban zajlik.
• Zsíranyagcsere peroxiszómában zajlik.
• A proteolízis a vacuolumban történik.
• A kromoszóma a sejtmagban található.
• Az alkohol fermentáció anaerob folyamat, 15-35 °C hőmérsékleten zajlik.
• A fermentációs folyamat eredményként 10-15% etanolt tartalmazó termék keletkezik.

Etanol kinyerése

• A desztilláció rozsdamentes acél tornyokban történik.
• A termék 82-87% alkohol + víz.

Etanol tisztítása

• Acetaldehid mentesítés erős oxidálószerrel.
• Desztilláció rézedényekben.
• Vízmentesítés.
• Adszorpcióval.
• A végtermék 96-100% etanol.

Fejlesztési területek

• Etanoltűrő élesztők és GMO-k
• Etanolt termelő baktériumok, mint a Zymomonas mobilis
• Mezofil, gyorsan növekvő, jó alkohol toleranciával.
• Thermoanaerobacter aethanolicus - termofil, gyorsan növekvő, kiváló alkohol tolerancia.
• Immobilizált élesztők és baktériumok

Bioetanol felhasználása

• Üzemanyag adalék (E5, E10, E85, B7, B10)
• Nagyobb vízmegkötő képesség, korrózióval szemben ellenálló.
• Erősebb oldószer hatással van a benzinhez képest.
• Kisebb égéshő, mely nagyobb fogyasztást eredményez.
• Párolgáshő alacsonyabb, ezáltal könnyebb hidegindítás.
• Nehezebb, mint a benzin, ezért nehéz keverni vele.
• Csak vízmentes etanollal keverhető benzinnel

Bioetanol felhasználása (vegyipari alapanyagként)

• Vegyipari alapanyagként felhasználható etilén, propilén, toluol, xilolok, etilén-oxidok és sztirol is.

Különböző növények etanolhozám (l/ha)

• A dia mutatja a különböző növények etanolhozámát.
• A cukornád, a cukorrépa és a cukorcirok nyújtanak a legjobb hozamot.

Fermentációs maradék

• 1 liter etanol = 10 liter maradék
• Takarmány kiegészítők gyártása
• Energia: Biogáz

Gazdaságosság

• Alapanyag költségek: cukor, cukorpolimer nagy energia igényt mutat.
• Teljes költség kb. 40% foszilis vagy megújuló.
• Hidrolizáló enzim magas költségű.
• Keményítő: teljes költség 25%.
• Cellulóz: instabil enzimek. Nem hatékony.

Biodízel

• Rudolf Diesel földmogyoró olajjal.
• Manapság növényi olaj (átészterezett) repce, napraforgó, szója, pálmaolaj.
• Felhasznáható tisztán vagy dízelolajjal keverve.
• Megfelelő a meglévő motorokban, meglévő elosztóhálózaton.
• Követelmények: szigorú minőségi szabályozás.
• EU: FAME (zsírsav-metil-észter)
• Zsírsavas metil-észter minőségi előírása.
• Sűrűség, összszennyezés tartalma, víztartalom, kémiai összetétel.

Biodízel alapanyagok

• Repce
• Napraforgó
• Szója

Biodízel gyártási folyamat

• A repcemag, a növényi olaj, a glicerin, és az átészterezés alkotja a biodízel előállítását.
• A biodízet komponenst gázolajkivonattal keverik.
• Termesztés, repcemag tisztítása és dara készítése.
• Olaj vagy zsír (100 egység) és metanol/etanol (10 egység) keveredik.
• Eredményként biodízel, komponens és glicerin (10 egység) keletkezik.

Átészterezés

• R1, R2, és R3 lehet ugyanolyan vagy különböző zsírsav.
• Meghatározza a biodízel minőségét.

Biodízel gyártási folyamat (kapacitás)

• Kapacitás: 3.000 t/év
• Keletkezett glicerin: ≈300 t/év
• Keletkezett préselvény: ≈6.000t/év
• Repce mennyiség: 9.000 t/év
• Szükséges földterület: 4.500 ha
• Alapanyag tárolása: 3.500 t
• Növényi olaj tárolása: 380 m³
• Biodízel tárolása: 180 m³

Biodízel gyártás melléktermékei

• Növényi biomassza
• Dara, olajpogácsa
• Glicerin (metanollal szennyezett)
• Takarmány
• Biomassza
• Égés
• Biogáz
• Kozmetikai ipar
• Vegyipar

Biodízel gazdaságosság

• Növénytermesztési költségek
• Állami támogatás
• Jövedéki adó
• Energia igény
• Foszilis, megújuló energia
• Foszilis energia kiváltása

Biohidrogén

• A dia a biohidrogént érinti.
• A legtisztább energiahordozó?

Hidrogén tárolása

• Gáz halmazállapotban. Nagy nyomás szükséges (akár 680 atm).
• Karbonszállal erősített kompozit tartályok.
• Nagy energiaigényt mutat.
• Folyékony halmazállapotban
• Nagy energiaigény, hogy folyékony legyen.
• Párolgási veszteségek kisebb tartályok esetén.
• Szilárd halmazállapotban
• Nanométeres szinten is strukturált anyagokban.
• Kristályrácsok térközeiből hidrogén adszorpció.
• Tárolás hidrogénnel 5%, 15-25% térfogat növekedés.
• Reverzibilis tárolás hőmérsékletváltozáshoz.
• Hidrogén kötések adszorpcióval.
• Szén nanocsővek

Biohidrogén előállítási stratégiák

• Fotoszintézissel előállítva
• Biomassza és sötét fermentációnál
• Szerves anyagokból

Biohidrogén előállítási fotoszintézis segítségével

• Zöld alga: Chlamidomonas reinhardtii
• Stressz: kén éheztetés
• Fotoszintetikus fehérjék lebomlanak
• Légzés (anaerob), állandó, ciklusok korlátozottak

Biohidrogén előállítási fotoszintézissel

• Fotoszintetizáló baktériumok (Thiocapsa roseopersicina)
• Fototróf, anaerob
• Tengervízben élő
• Optimális hőmérséklet: 30°C
• Elektronforrás: redukált kénvegyületek
• NiFe hidrogenázai vannak.

Hidrogenázok a sejtben

• A dia a hidrogenázokról és hatásukról szól.

Biohidrogén előállítási biomasszából

• A dia biohidrogén előállításáról szól biomasszából.

„Sötét” hidrogén termelés

• A dia a hidrogén sötét termeléséről szól.
• I. Keratintartalmú hulladék biológiai bontása.
• II. Hidrogéntermelés.
• III. Gáztisztítás.

Biohidrogén felhasználása: üzemanyag cella

• A dia a hidrogén felhasználásáról szól az üzemanyag cellában.
• Toyota Mirai.

Glicerin

• Többértékű alkohol
• Színtelen, szagtalan, viszkózus, édeskés ízű
• Mérgező, higroszkópos
• Vízzel és etanollal korlátlanul elegyedik.
• Apoláros oldószerekkel nem elegyedik (benzol, éter, kloroform)

Glicerin

• Biológiai lipidek fő alkotóeleme (triacil-glicerinek, trigliceridek).
• Elsődleges metabolit.
• Vegyipar, biotechnológia: biodízel gyártás, szappankészítés.
• Élelmiszeripar: édesítőszerként (E422).
• Kozmetika: hidratáló krémek, samponok, szappanok.
• Gyógyszeripar: gyógynövény kivonatok, hashajtók.
• Orvosdiagnosztika: vérkészítményekhez.
• Dohány ipar: vízipipadohányok összetevőjeként.

Glicerin gyártás kőolajból

• Kőolaj krakkolás
• Propilén előállítása.
• Allilklorid előállítása.
• Etilén-klórhidrin előállítása.
• Hidroxilezés (klór eltávolítása).

Glicerin gyártás: biodízel

• Biodízel melléktermék.

Glicerin gyártás: élesztő

• Kénessav (H2SO4) acetaldehiddel komplexet képez.
• NADH felszaporodás.
• Alternatív NADH oxidációs útvonal
• Gyenge hatásfok.
• 5-6% glicerin.
• Kevert termékek.

Glicerin gyártás: Dunaliella

• Dunaliella tertiolecta sótűrő alga.
• Holt tengerben él.
• Ozmoreguláció.

Glicerin gyártási folyamat

• A dia a glicerin előállításának folyamatáról szól.

Glicerin gyártás: kinyerés

• Forráspont magas
• Vákuum desztilláció
• Oldószer extrakció
• Spray drying.
• Alacsony hatásfok.
• Nagy veszteségek.

Glicerin felhasználás

• Kezdeti diák.
• Glicerin felhasználása.

Kirobbanó (gyógy)hatás

• Nitroglicerin használata orvosi célokra.

Glicerin gyártás mellékterméke

• β-karotin antioxidáns, rák megelőzés.
• Források: sárgarépa, laza, krill.