SREDNJA ŠOLA ZA STROJNIŠTVO IN MEHATRONIKO Pot na Lavo 22

3000 Celje

RAZISKOVALNA NALOGA

Od rastlinskega olja do biogoriva

Avtorja: Mentor: Boštjan PETELINŠEK, S-4.b Anton GLUŠIČ, univ. dipl. inž. str Denis PAŽON, S-4.b

Mestna občina Celje, Mladi za Celje

Celje, marec 2009

2

KAZALO VSEBINE KAZALO VSEBINE ................................................................................................................ 2 KAZALO SLIK ........................................................................................................................ 3 KAZALO TABEL .................................................................................................................... 3 POVZETEK .............................................................................................................................. 4 1 UVOD ..................................................................................................................................... 5

1.2 IZBOR IN PREDSTAVITEV RAZISKOVALNIH METOD ......................................... 6 2 PREGLED .............................................................................................................................. 7

2.1 BIODIESEL ..................................................................................................................... 7 2.1.1 KEMIJSKA REAKCIJA ........................................................................................... 9 2.1.2 LASTNOSTI BIODIESLA ..................................................................................... 12 2.1.3 EMISIJE OB IZGOREVANJU BIODIESLA ......................................................... 13 2.1.4 UPORABA BIODIESLA ........................................................................................ 14 2.1.5 SHRANJEVANJE IN TRANSPORT ...................................................................... 15

3 POSTOPEK IZDELAVE IN REZULTATI ....................................................................... 16 3.1 IZDELAVA BIODIESLA DOMA ................................................................................ 18

4 ZAKLJUČEK ...................................................................................................................... 20 5 VIRI ...................................................................................................................................... 21 6 PRILOGA ............................................................................................................................ 22

3

KAZALO SLIK Slika 1 : Polje oljne ogrščice.......................................................................................................8 Slika 2: Kemijska reakcija zaestrenja rastlinskega olja z metanolom.......................................10 Slika 3 : Rezervoar z nefiltriranim biodieselom.......................................................................11 Slika 4: Skladišče biodiesla v Pinusu v Račah..........................................................................15 Slika 5: Filter za filtriranje biogoriva........................................................................................16 Slika 6: Postopek transesterifikacije.........................................................................................17

KAZALO TABEL Tabela 1: Razdelitev oljnic glede na kopičenje maščob v posameznih delih rastline ...............7 Tabela 2: Cetansko število glede na kakovost in vrsto goriva..................................................12 Tabela 3: Primerjava plamenišč pri RME.................................................................................13

4

POVZETEK V raziskovalni nalogi je predstavljena izdelava biodiesla, ter kako ga že v nekaterih državah bolj pogosto uporabljajo kot mi v Sloveniji. Opisala sva tudi kako skladiščimo in prevažamo biodisel, ter kako ga lahko z malo izkušnjami in iznajdljivostjo pridelamo tudi sami doma. Napisala sva potreben opis izdelave biodisla od začetka do konca, naštela sva vse sestavine, ki morajo biti, da se sploh lahko ustvari. Brez pomoči Pinusa bi nama zelo težko uspelo dobiti toliko potrebnih informacij in videti toliko potrebnih strojev in temu primerno opremljene prostore, ki nam olajšajo proizvodnjo.

5

1 UVOD

Onesnaževanje zraka je že vrsto let resen problem, s katerim se ukvarjajo številni strokovnjaki z različnih področij. Seveda pa za ta problem ni kriva samo industrija, ki proizvaja ogromne količine toplogrednih plinov pač pa v zadnjih letih predvsem avtomobili s svojimi motorji. Današnji način življenja je odvisen od motorjev z notranjim izgorevanjem, ki pa so postali glavni onesnaževalci našega ozračja. Meritve kažejo, da so napovedi o dolgoročnem ogrevanju našega ozračja nepravilne. Segrevanje ozračja namreč ni stvar daljne prihodnosti pač pa se to dogaja že sedaj. Posledica tega je v zadnjih letih trend uveljavljanja alternativnih goriv, ki so okolju prijaznejša. Eden od razlogov, ki govori v prid alternativnim gorivom so tudi zmanjšane zaloge nafte v zemlji, ki je v prihodnosti ne bo več.

Seveda pa je najprej potrebno spremeniti mišljenje uporabnikov mineralnih goriv predvsem pa politikov številnih držav, ki se zaradi ogromnih dobičkov ne zmenijo za onesnaževanje. Lep primer so ZDA, ki so zaradi mogočne industrije med največjimi onesnaževalci ozračja. Vendar zaradi ogromnega kapitala, ki se obrača v tej industriji, niso podpisale tako imenovanega Kyotskega protokola, ki določa zmanjševanje emisij C02. Politiki bi se morali zavedati onesnaženja, ki ga povzročajo s svojimi odločitvami in željo po še večjih dobičkih. Uporabo alternativnih goriv bi morali promovirati in bolj pospeševati njen razvoj, ne pa jih zavračati. Dejstvo, da bo v naslednjih desetletjih človeštvo ostalo brez enega najpomembnejših virov energije, mineralnih olj, so nekatere države kljub vsemu vzele zelo resno. Tako se pojavljajo številne inovacije in rešitve s področja uporabe sončne energije, vodika, biomase, biodiesla ipd. Tudi zakonodaja na tem področju se pospešeno sprejema. Večina evropskih držav ima tako že sprejete zakone, ki določajo standarde za posamezna alternativna goriva . Biodiesel je samo eden od kamenčkov v ogromnem mozaiku alternativnih goriv predvsem pa želje po zmanjšanju onesnaženja ozračja. Biodiesel ima številne prednosti, ki opravičujejo njegovo proizvodnjo. Na prvem mestu je vsebnost žvepla. Mineralna goriva vsebujejo žveplo, ki pri zgorevanju skupaj z vodo tvori žveplovo kislino, ki je glavni povzročitelj kislega dežja. Biodiesel žvepla ne vsebuje in tudi drugih škodljivih snovi je pri zgorevanju manj. Poleg tega ima biodiesel tudi nekatere druge lastnosti boljše kot mineralna goriva. Tako je boljša njegova mazalnost in biorazgradljivost, ki daje prednost temu gorivu pri uporabi na ekološko občutljivih območjih, kot so kmetijska zemljišča, vodovarstvena območja, narodni parki, smučišča, gozdovi ipd. Pri tem je pomembno, da se gorivo kljub razlitju v nekaj tednih popolnoma razgradi in je za okolje ter

6

podtalnico neškodljivo. Vsi vemo kakšne ekološke katastrofe se dogajajo, ko pride do razlitja klasičnih mineralnih goriv, pa naj bo to razlitje goriva iz tankerja ali pa iz avtomobilskega tanka ob nezgodi. V Evropi je v letu 2002 biodiesel zavzemal 2% v celotni količini goriv. Uporaba biodiesla pa še vedno narašča kar je dobro tudi za kmetijstvo saj se povečujejo površine zasejane z ogrščico, ki je glavna surovina za pridobivanje biodiesla. Francija med evropskimi državami proizvede največ biogoriv in sicer več kot 350 000 ton na leto. Evropska skupnost si je do leta 2020 zadala cilj, da nadomesti 20% goriv v transportu z alternativnimi gorivi in 5 do 10 krat zmanjša emisije C02 ter žvepla. Biodiesel bo pri tem zagotovo igral zelo pomembno vlogo. (Simšič, 2002)

1.1 TEZA / HIPOTEZA

Pri izdelavi raziskovalne naloge sva si postavila naslednje teze oziroma hipoteze.

- Kako do cenejšega goriva

- Ali bodo vsa vozila uporabljala biodiesel

- V katerih državah že pogosto uporabljajo biodiesel

- Ali bi lahko sami doma naredili biodiesel

- Kakšne so prednosti biodiesla

1.2 IZBOR IN PREDSTAVITEV RAZISKOVALNIH METOD

Tega problema sva se lotila tako, da sva povprašala profesorje, kaj menijo o tem projektu. Odziv je bil zelo dober, saj je poleg zahtevnosti naloge bilo veliko zanimanja za to področje obnovljivih virov goriva. Delo sva upravljala v podjetju Pinus v Račah, kjer so naju z vljudnostjo sprejeli in ponudili pomoč pri izdelavi biodisla. Nastajali so problemi pri izdelavi biodisla saj nisva imela potrebnega znanja in pripomočkov, zato je bilo to delo zelo zahtevno in tudi zelo poučno..

7

2 PREGLED

2.1 BIODIESEL Biodieselsko gorivo pridobivamo s predelavo rastlinskih olj, ki jih najpogosteje pridobivamo iz semen oljnic, odpadnih olj iz prehrambene industrije in ostalih olj naravnega izvoraj to so oljna ogrščica, soja, sončnica in palmov olein. Vsebnost olja v semenih je odvisna od vrste, sorte, različnih žlahtniteljskih izboljšav, načina pridelovanja in ekoloških razmer. Večina oljnic ima v semenih od 20 do 60 % maščob medtem, ko imajo odpadna olja specifične lastnosti zaradi namena uporabe.

Tabela 1: Razdelitev oljnic glede na kopičenje maščob v posameznih delih rastline (Kocjan Ačko, 2001 b).

Del rastline: Rastlina:

Reproduktivni deli, soja, ogrščica, arašid semena idr.

Plodovi oljna palma, oljka idr.

Jedrca sončnica, buča idr.

Kalčki koruza, oves, pšenica

idr.

Oljnice posejane na enem hektarju dajo približno 1500 litrov olja, iz tega pa pridobimo približno 900 litrov pogonskega goriva. Na zastavljeno hipotezo sva ugotovila da že v Nemčiji več kot 50 % taksistov uporablja biodieselsko gorivo in že deset let izdelujejo dieselske motorje v katere lahko brez dodatkov točimo zaestrena rastlinska olja. Biodieselsko gorivo se lahko uporablja v vseh novih modelih osebnih avtomobilov z dieselskim motorjem (Audi, BMW, Citroen, Ford, Mercedes, Peugeot, Seat, Škoda, Volvo, Volkswagen), v tovrnjakih (Hanomag Komatsu, Iveco Magirus, Man AG, Mercedes) in v kmetijski mehanizaciji (Butcher PT, Case - IH, Deutz - Fahr, Fiatagri, Ford, Hurlimann, John - Deere, Massey - Ferguson, Same, Steyr, Zetor). Pri starejših modelih je mogoče kupiti dele za naknadno vgradnjo, ki omogočajo uporabo tako

8

plinskega olja kot biodieselskega goriva. Celotna priprava za vgradnjo vsebuje čistilnik goriva, vbrizgaino črpalko, nastavek za posodo za gorivo in cevi. V Nemčiji stane 280 evrov. Za pridobivanje biodieselskega goriva uporabljajo v Franciji, Italiji pa tudi v ZDA sojino olje, v Maleziji palmov olein, oljna ogrščica pa je ena najobetavnejših oljnic zmerno toplega podnebnega pasu, kot je v Nemčiji, Avstriji in Franciji pa tudi pri nas. Na en hektar lahko pridelamo od 3 do 5 ton ogrščičnega semena.

Slika 1 : Polje oljne ogrščice

Že navadno kuhinjsko olje oljnic je primerno kot motorno olje, vendar ga zaradi previsoke viskoznosti uporabljamo le kot mešanico s fosilnim diselskim gorivom. Da pa se mešanju izognemo in ga lahko uporabljamo kot samostojno pogonsko gorivo, ga je treba zaestriti. (Arnšek, 2001)

9

2.1.1 KEMIJSKA REAKCIJA

To je postopek s pomočjo katerega triacilgliceride (sestavine olj in maščob) s pomočjo alkoholov npr. metanola ali etanola preoblikujemo vestre. Estri pridobljeni iz rastlinskih olj so goriva z visoko vsebnostjo kisika (do 10 %), zato so emisije pri zgorevanju zelo nizke. Velik delež kisika pa je tudi vzrok, da je energetska vrednost metilnih estrov nižja od navadnega diesla. Višje cetansko število daje gorivu dobre zgorevalne sposobnosti. Višja vsebnost dušika pa predstavlja težavo pri onesnaževanju. Višja temperatura tališča in višja točka motnosti izpostavljata težave pri uporabi v hladnem vremenu. Z uporabo različnih rastlinskih estrov zmanjšamo emisije izpušnih plinov v ozračju, poleg tega so ta olja naravno razgradljiva in ne ogrožajo pitne vode in zemlje. Po zaestritvi dobimo dve ločeni fazi. V spodnji težji fazi so glicerol (ima višjo gostoto kot metiIni ester zato se useda), katalizator, nezreagirano olje, nezreagiran alkohol, nekaj vode in mila. Imenujemo jo glicerolna faza. Zgornja, lažja faza pa je zvečine iz metil estrov, vsebuje tudi nekaj nezreagiranega metanola, omiljenje in vodo v sledovih. Imenujemo jo esterska faza. Glavni produkti zaestrenja trigliceridov so metiini estri maščobnih kislin. Kot stranski produkt nastopa glicerol. Estersko fazo najprej spiramo s toplo vodo. Kasneje jo osušimo znatrijevim sulfatom. Osušene estre filtriramo in dobimo bister končni produkt biodiesel. Glicerolna faza, ki jo dobimo vsebuje precej mila, ki ga je potrebno pred nadaljno uporabo odstraniti. Milo odstranimo tako, da glicerolno fazo močno razredčimo z destilirano vodo, nakisamo s klorovodikovo kislino in ob kisanju grejemo. Spodnja faza, ki vsebuje glicerol je svetlejše barve. Pomembno je izvesti koncentriranje glicerolne faze z vakumsko destilacijo (ustvarjanje podtlaka z vodno črpalko), saj lahko na ta način ustvarimo povraten tok metanola v proces. Prečiščen glicerol je uporaben v farmacevtski oziroma kemijski industriji. Tako nastane gorivo poimenovano z mednarodno kratico RME (Repseed methyl esther), ki je varnejše, ekološko primernejše in ima boljši vžig od standardnega dieselskega goriva. Laboratoriji sintetizirajo metil-estre iz različnih rastlinskih olj, najpogostejši pa vsekakor iz oljne ogrščice. Po lastnostih je RME gorivo podobno navadnemu dieselskemu in ga lahko uporabljamo v običajnih motorjih, vendar pa je za popolnejše delovanje potrebno motor prilagoditi novemu gorivu. RME gorivo je bolj korozivno, zato s posebnimi premazi zavarujemo izpostavljene površine v motorju. Kemijski postopek proizvodnje biodizla

10

Slika 2: Kemijska reakcija zaestrenja rastlinskega olja z metanolom Kemijska reakcija – katalitična transesterifikacija CH2-O-CO-R CH2-OH │ katalizator │ CH-O-CO-R + 3 CH3OH ─────► 3 CH3-O-CO-R + CH-OH │ │ CH2-O-CO-R CH2-OH Rastlinska olja metanol metilni ester (biodizel) glicerol

CH20COR1R1COOCH3CH20H I CH20COR2 + 3CH30H --> R 2COOCH3 + CHOH I CH20COR3 R 3COOCH3 CH20H

RASTLINSKO OLJE + METANOL --> ESTRI + GLlCEROL (TRIGLlCERIO)

11

Slika 3 : Rezervoar z nefiltriranim biodieselom

Kot smo omenili že prej lahko v metiine estre predelamo že uporabljeno kuhinjsko olje različnih oljnic, ki so ga v angleškem jeziku poimenovali Used Frying Oil Methilester ali s kratico UFO-ME. Ko se porabljeno olje zbere, se ga pogreje na določeno temperaturo (do 80°C); iz olja se izločijo voda, ostanki hrane in ostali trdni delci. Pregretje pa je edini proces, ki ga je treba izvesti pred zaestrenjem, oziroma mešanjem olja z alkoholom. V Sloveniji se je biodiesel proizvajaile prototipno v Račah pri Mariboru. Konec leta 1998 je v zahodni Evropi delovalo 44, v Vzhodni pa 29 rafinerij RME biodieselskega goriva. Istega leta so proizvedli 1,4 x 106 ton tega naravnega goriva. V Avstriji in Nemčiji ga je mogoče kupiti na več kot 300 servisih za gorivo (Simšič, 2002).

12

2.1.2 LASTNOSTI BIODIESLA

Nagnjenost RME goriva k izgorevanju je višja kot pri 20 (plinsko olje). Praktično gledano je najprimernejše gorivo tisto, ki ima najvišjo sežigno vrednost na enoto prostornine oziroma vrednost, ki je približno enaka llHs (specifična molska kurilna vrednost goriv) za 20. llHs rastlinskih olj raste z daljšanjem verige in povečevanjem nenasičenosti maščobnih kislin, ki sestavljajo trigliceride . .b.Hs za rastlinska olja je najnižja pri kokosovem in najvišja pri ogrščičnem olju. V nasprotju z bencinskimi motorji se mora gorivo s kompresijskim vžigom vžgati v vroči zračni masi samo, brez pomoči električne iskre. Ko gredo "kapljice" goriva skozi zrak, vsrkavajo toploto, ob dovolj visoki temperaturi pa izhlapijo in se vžgejo. Dolga zapoznitev med injiciranjem in vžigom goriva povzroči nespremenljivo visoko naraščanje pritiska (dieselsko klenkanje - trdi tek), kar je posledica prevelike vsebnosti goriva za izgorevanje v komori v trenutku vžiga. Tudi prehiter vžig goriva onemogoči pravilno mešanje in izgorevanje v masi, ki je razpršena v komori. Dobra prostorska porazdelitev goriva ob pravem času pa omogoča miren tek in ekonomično delovanje motorja. Cetansko število lahko določamo na osnovi zamude vžiga. Zamuda vžiga pa je čas od trenutka, ko vstopi gorivo v segreti zrak, pa do trenutka, ko se pojavi prvi plamen.

Tabela 2: Cetansko število glede na kakovost in vrsto goriva (Flag, 1998).

Vrsta goriva Cetansko število

Dobro gorivo 100

Slabo gorivo O

Večina goriv v prodaji 50

RME 54

Plinsko olje 50

13

Višja vžigna temperatura RME, pomeni, da je ravnanje z njim manj nevarno kot z dieselskim gorivom. S temperaturo vžiga je povezan tudi pojem vnetljivosti, ki je vezan na oceno relativne sposobnosti začetka zgorevanja v dani zmesi goriva in zraka. Nevarnost požara je povezana predvsem s plameniščem goriva, ki zaradi razlik uparljivosti ni za vsa goriva enako. Iz preglednice 2 je razvidno, da je uporaba RME po oceni plamenišča varnejša od 20 goriva.

Tabela 3: Primerjava plamenišč pri RME in 20 (Martinčič, 1993).

Gorivo Plamenišče (0C)

RME 83,9

20 80

2.1.3 EMISIJE OB IZGOREVANJU BIODIESLA Celotne emisije ob zgorevanju v motorju niso le posledica zgorevanja goriva, ampak je vir emisij lahko tudi motorno olje. V splošnem načelu velja, da je znižanje posameznih vrst emisij večje pri uporabi 100% biodiesla, pri uporabi mešanic biodiesla z običajnim dieselskim gorivom pa manjše, odvisno od deleža biodiesla vmešanici.

S02: odsotnost žveplovih spojin zmanjšuje tvorbo emisij sulfatov, ki tvorijo v atmosferi žveplovo kislino (kisli dež). V mešanicah biodiesla z običajnim dieselskim gorivom se sorazmerno znižuje vsebnost žvepla in s tem emisije žveplovih spojin, pri uporabi 100% biodiesla pa tovrstnih emisij nI.

Ogljikovodiki (CH): popolnejše zgorevanje biodiesla in izboljšanje zgorevanja mešanie biodiesla z dieslom vodi do zmanjšanja emisij v okolje. Številnim študijam na različnih tipih vozil so skupne ugotovitve, da je zmanjšanje emisij skupnih ogljikovodikov bistveno večje (npr. 80 - 90% znižanje emisij) pri biodieslu. Pri mešanicah biodiesla in običajnega dieselskega goriva pa manjše, vendar še vedno zelo pomembno (npr. 20 - 30% znižanje emisij).

PM - trdni delci: zmanjšanje emisij je manjše, vendar pomembno. Večja kot je vsebnost kisika

14

v biodieslu večje je zmanjšanje tovrstnih emisij. Rezultati so ponovno boljši pri uporabi 100% biodiesla.

CO2 zmanjšanje emisij je znova odvisno od vsebnosti kisika v gorivu, popolnejša oksidacija namreč vodi do popolnejšega izgorevanja C02.

PAH (policiklični aromatski ogljikovodiki): aromatske spojine v 100% biodieslu niso prisotne, zato ni tovrstnih emisij, v mešanicah pa jih je bistveno manj kot pri običajnem dieselskem gorivu.

NOX: so glavni krivci za tvorbo ozona, so pa tudi neke vrste pokazatelj kakovosti notranjega izgorevanja goriva. Prav zaradi višje vsebnosti kisika v biodieslu in popolnejšega izgorevanja goriva v zgorevalni komori se povečajo emisije NOX (za okoli 13%). Emisije je moč zmanjšati s spremembo kompresijskega razmerja v zgorevalni komori, vendar vsak popravek oz. znižanje emisij NOX povzroči zvišanje ostalih emisij - emisij ogljikovodikov, PM in CO2

C02 : ki se tvori ob popolnem izgorevanju, se nato porabi za rast rastlin. Energijska bilanca C02 je pozitivna (kolikor se ga tvori pri zgorevanju goriva, toliko se ga porabi za rastline), nanjo pa vplivajo tudi metode obdelovanja sejanih površin. Pri proizvodnji biodiesla iz drugih virov pa energetska bilanca ni tako ugodna. (Simšič, 2002)

2.1.4 UPORABA BIODIESLA

Prednosti uporabe biodiesla so, da je biodiesel netoksičen in biorazgradljiv v okolju ne povečuje emisij in imamo možnost proizvodnje iz obnovljivih virov (uporabljeno jedilno olje, živalska maščoba), možnost uporabe v obstoječih diese/skih motorjih, kjer je podano mnenje proizvajalca o uporabi biodiesla, ima visoko cetansko število in dobre mazalne lastnosti in manjše tveganje onesnaževanja okolja pri transportu in manipulaciji. Slabosti uporabe biodiesla so: nekompatibilnost gumenih in plastičnih materialov z gorivom, a le v nekaterih primerih, slabše nizkotemperaturne lastnosti ( možnost dodajanja aditivov), potencialni problem pri skladiščenju, povečanje emisij NOX in cena zaradi ustrezne davčne politike. (Simšič, 2002)

15

2.1.5 SHRANJEVANJE IN TRANSPORT

Transport 100% biodiesla se izvaja na enak način kot transport rastlinskih olj, transport mešanic pa na enak način kot transport običajnega dieselskega goriva. Izvaja se v suhih čistih in nevlažnih rezervoarjih, da ne pride do razgradnje goriva. Biodiesel se shranjuje v čistem, suhem in temnem okolju, zaščitenem pred vplivi vremena in izpostavljenosti direktni sončni svetlobi. Sprejemljivi materiali za shranjevanje biodiesla so nerjavo jeklo in fluorirana polietilen ter polipropilen. Pri nizkih temperaturah okolja se mora zaradi slabših nizkotemperaturnih lastnosti gorivo hraniti v ogrevanih prostorih ali ogrevanih rezervoarjih z ustreznim sistemom ventilov, filtrov in cevovodov. Zaradi slabše termične in oksidacijske stabilnosti (kemijska reaktivnost - reakcije polimerizacije, kondenzacije) lahko prihaja do oksidacije goriva, zato morajo biti rezervoarji čim bolj polni, predvsem v vlažnem, deževnem ali zimskem vremenu. Potrebna je stalna kontrola prisotnosti vode v rezervoarjih z gorivom (posledica kondenziranja ali manipulacije z gorivom), saj voda pospešuje nastanek in rast bakterij ter alg. Biodiesel je že sam po sebi izvrsten medij za rast alg, ki nastajajo v obliki tankega filma na stenah rezervoarjev ter v daljšem časovnem obdobju v obliki sedimentov na dnu rezervoarjev. Zaradi čisti/nega učinka biodiesla se nastali film in sedimenti prenesejo v sistem, kjer povzročajo mašenje filtrov pri prečrpavanju goriva ali delovanju motorja. Najdaljši priporočeni rok shranjevanja je šest mesecev, po preteku šestih mesecev pa je potrebna ponovna kontrola in ugotavljanje skladnosti lastnosti s specifikacijami in standardi za biodiesel.

Slika 4: Skladišče biodiesla v Pinusu v Račah

16

3 POSTOPEK IZDELAVE IN REZULTATI Biodiesel, ki smo ga skupaj naredili smo izdelali dvakrat. Prvič v sodelovanju z podjetjem Pinus - Bio goriva d.o.o. , drugič pa kar sami doma. Biodiesl je metilni ester maščobnih kislin. Dobili smo ga s postopkom transesterifikacije iz rastlinskega olja in metanola ob prisotnosti katalizatorja. Uporabljali smo olja oljne ogrščice, soje, sončnice in palmov olein, za katalizator pa smo izbrali natrijev metilat. Razmerje uporabljenih olj je odvisno seveda od letnega časa in trenutnih razmer na trgu (cen in razpoložljivosti olj). Stranska produkta postopka sta glicerol in lecitinska brozga (v primeru uporabe nedegumiranega olja). Postopek pridobivanja biodiesla razdelimo na osnovne faze: - priprava olja - postopek degumacije (če je potreben), pranje z glicerolom (v primeru visokih vebnosti prostih maščobnih kislin) in sušenje izvedba esterifikacije (sinteza) - destilacija prebitnega metanola - ločevanje biodiesla od glicerola - čiščenje biodiesla - pranje z vodo, sušenje, aditiviranje, filtriranje

Slika 5: Filter za filtriranje biogoriva

17

Vzporedno s postopkom sinteze biodiesla ssmo izvajali postopek obdelave surovega glicerola in obdelavo praine vode. Obdelavo glicerola sicer v podjetju izvajajo saj je to z ekonomskega vidika smiselno, da potem prodajo neobdelani glicerol in si pri tem povrnejo stroške. Ker je v našem primeru zmanjkovalo časa tega postopka nismo naredili. Obdelava praine vode je potekala vzporedno s sintezo biodizla. S tem postopkom smo iz praine vode izločili vsebovane sledove biodizla, vodo pa pripravili, da je bila primerna prim za obdelavo bližnji biološki čistilni napravi. Izločeni biodizel smo vrnili v proces (v postopek pranja). . Proces proizvodnje biodiesla je potekal po sistemu partij in šarž. Partija je osnovna količina sestavin, ki se po recepturi stehtajo v reaktorju na začetku postopka transesterifikacije. Za partijo se lahko uporabi ena vrsta olja ali pa mešanica dveh ali več olj. Z zaporedjem več

Slika 6: Postopek transesterifikacije Z zaporedjem več različno sestavljenih partij smo dosegli željeno razmerje uporabljenih olj in s tem željeno kvaliteto biodizla. Posledica takšnega načina proizvodnje je, da dobljenega surovega glicerola ni možno ločiti po izvornem olju.

18

Okvirna masna bilanca procesa (teoretična): katalizator 1 kg rastlinskega olja + 1/10 kg metanola » 1 kg biodiesla + 1/10 kg glicerola V praksi dobimo iz 1 L očiščenega olja 1 L biodisla in približno 0,12 kg surovega glicerola. Surovi glicerol vsebuje okoli 80 % čistega glicerola.

3.1 IZDELAVA BIODIESLA DOMA Izdelave biodiesla iz odpadnega kuhinjskega olja smo se lotili pri Boštjanu doma v Gotovljah. Na začetku smo znesli skupaj vse pripomočke, olje in reaktor. Reaktor smo sestavili ter nanj pričvrstili električni vrtalnik ter ga povezali z jermenico do mešala. Nato smo namestili črpalko, cevi in oprali ter zbrisali vse posode. Po vsem tem smo naredili še preizkus, če vse deluje, ki je bil uspešno narejen saj smo odkrili še manjšo napako. Po odpravi te napake smo v reaktor preko črpalke prečrpali vso količino olja. Nato smo v reaktor prečrpali osem litrov in pol metanola v katerem je bilo že raztopljenih sto devetdeset gramov natrijevega hidroksida. Med tem pa smo že vključili mešalo. Vse skupaj se je potem mešalo eno uro. Potem smo pustili petnajst ur, da se faze ločijo. Po preteku časa smo odprli reaktor in odstranili mešalo. Nato smo odlili glicerolno fazo, ki jo je bilo šest litrov in je prepoznavna po zelo temni barvi in večji gostoti kot ostalo olje. Potem smo v reaktor nalili dvajset litrov destilirane vode in dvesto petdeset mili litrov ocetne kisline. Nato smo na reaktor namestili akvarijsko črpalko za zrak. Izbrali smo črpalko z največjim pretokom zraka in kamenje, ki ustvarja največje mehurčke. Kamna z zračnima cevkama smo namestili na dnu soda, kjer je bila destilirana voda. Nato smo pričeli postopek spiranja. Pri tem se tvorijo zračni mehurčki, ki jih objame voda. Na svoji poti proti površini perejo biodiesel, ko pa se na gladini razpočijo, kapljica vode spet potuje navzdol in zopet pere. Za ta postopek smo izvedeli na internetu, kjer ga je objavila neka univerza. Po tem spiranju je postala mešanica značilne živo rumene barve. Nato smo mešanico prečpali v plastičen sod, da smo lahko ponovno videli ločevanje faz. Po pretekli uri smo že odlili štiri litre glicerola oziroma odpadka. Izčrpali smo tudi že približno petindvajset litrov biodiesla. Dobljeni biodiesel smo najprej filtirali skozi filc in bombažne plenice, ki so bile gosto tkane. To je bila poceni in zelo enostavna rešitev za prvo mehansko filtriranje. Nato smo filtrirali drugič s traktorskim oljnim filtrom, ki je zelo fin in se v njem ustavi velik delež nečistoč. Ostanek pa smo pustili stati še šest dni in po preteku odlili še ostanek destilirane vode ter glicerola. Tako nam je ostalo še približno petnajst litrov biodiesla tako, da smo dobili skupaj približno štirideset litrov biodiesla, ki pa smo ga za tem še enkrat filtrirali skozi filc in plenice,

19

ki so bile nameščene med posebno prirejene plastične lonce. Za ta način filtriranja smo naredili posebno stojalo. Nato smo dali v biodiesel natrijev sUlfat, ki ima sposobnost vezave vode. Ena molekula natrijevega sulfata ima možnost vezave desetih molekul vode. Za ta postopek smo se odločili, da izločimo čimveč vode in s tem dobimo čim boljši biodiesel. Nato smo dobljeni biodiesel ponovno filtrirali skozi plenice in filc ter nato še skozi fin traktorski oljni filter. Tako smo pridobili čist biodiesel, ki ga bodo testirali na Kmetijskem inštitutu Slovenije.

20

4 ZAKLJUČEK Pred začetkom raziskovalne naloge sva bila zaradi pomanjkanja informacij in potrebnih znanj v precejšni zagati. Vendar sva se kljub temu uspela dokopati do potrebnih informacij s področja alternativnih goriv in biodiesla. ZAHVALA Zahvaljujeva se najinemu mentorju, ki naju je spodbujal in nama pomagal pri izdelavi biodiesla in pri težavah s katerimi sva se srečevala, posebno pa še Nataši Nikolič iz podjetja PINUS-Rače ki nama je omogočila sodelovanje pri izdelavi biogoriva.

21

5 VIRI

Podjetje Pinus TKI d.d Rače / Maribor Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, add. za agronomijo. Ljubljana, Fakulteta za naravoslovje in tehnologijo, Oddelek za kemijo in kemijsko tehnologijo: 102 str. Flag H. 1998. Biomasse - nachwachsende Energie. Malsheim, Expert verlag: 209 str. Slotrib 2001. Ljubljana, Slovensko društvo za tri bologijo. Kocjan Ačko D. 2001 b. Olja in oljnice. Predavanje za študente agronomije VSŠ in UNI. Ljubljana, Biotehniška fakulteta. Martinčič V. 1993. Inžinirski vidik proizvodnje "biodiesel" goriva. Diplomska naloga. Arnšek A. 2001. Ozimna ogrščicain uporaba olja za biodizel, Dipl. delo Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, add. za agronomijo.

22

6 PRILOGA