Biohajtóanyag

Országok listájaHungarySzegedi TudományegyetemTermészettudományi és Informatikai Kar (SZTE-TTIK)Nem tanári szakokBiológia BScAlternatív EnergiaforrásokKiadott AnyagBiohajtóanyag

MOTORHAJTÓANYAGOK
FTÉRTÉK (energiasrség) ILLÉKONYSÁG (adagolás, robbanókeverék képzés) STABILITÁS (tárolási állandóság) KOMPRESSZIÓTRÉS, ÖNGYULLADÁS (energiahatékonyság) OKTÁNSZÁM CETÁNSZÁM

Petrolkémiai technológiák
Termikus krakk (nehéz szabályozhatóság) Reformálás (aromástartalom) Katalitikus krakk Alkilezés Könnybenzin izomerizáció Hidrokrakk

Oxigéntartalmú motorhajtóanyagok
alkoholok: metanol, etanol éterek: MTBE, ETBE, MTAE, ETAE

Motorhajtóanyagok szénbázison Motorhajtóanyagok földgázbázison Motorhajtóanyagok biomassza bázison

Fischer-Tropsch szintézis direkt széncseppfolyósítás Cyclar-eljárás, Mobil-eljárás

Bioetanol, biodízel

2003/30/EK irányelv
2005-re: 2,0 %-ra, 2010-re: 5,75 %-ra kell növelni a biológiai eredet motorhajtóanyagok (biodízel, bioetanol) arányát a közlekedési ágazatokban (évi 0,75 %-os növekedés). (adott idpontban: 0,6 %)

Energetikai alapanyagok termesztése
fás szárú, különböz vágásfordulójú ültetvények

telepítése (nemesnyár, fz, akác, éger, gyertyán, stb.)
lágy szárú száraz biomassza szántóföldi

termesztésbl (energiafüvek, nádféleségek)
biodízel elállításához olajos magvú növények (repce,

napraforgó) termesztése
etanol elállítására alkalmas növények (kukorica,

búza, árpa) termesztése

Biomassza felhasználása
fermentáció
keményít, cellulóz metanol, etanol

pirolízis
cellulóz, keményít

átészterezés
növényi, állati olaj
A ,,sunfuel"-ciklus

szintézisgáz (CO + H2)
biodízel

,,Sunfuel"
,,Bio"etanol Zsírsav-metil vagy etil-észter biobenzin biodízel

biomassza

felhasználás technológia

Biológiai eredet motorhajtóanyagok felhasználási területe
1. Hidegen préselt szrt növényi olaj
Személygépkocsik Autóbuszok Haszonjármvek Mezgazdasági és erdészeti ergépek Vasúti mozdonyok Hajók Stabil üzem aggregátok

2. Biodízel Biogázolaj
Személygépkocsik Autóbusz Motoros munkagépek Haszonjármvek Mezgazdasági és erdészeti ergépek Vasúti mozdonyok Hajók Stabil üzem aggregátok

3. Bioetanol

4. Biogáz

5. Gázolajjal kevert biodízel (10 %)
Valamennyi dízel üzem motorban

6. Benzinnel kevert bioetanol (10 %)
Valamennyi benzin üzem motorban

Személygépkocsik Autóbusz Vasúti mozdonyok Stabil motorok

Személygépkocsik Autóbusz Vasúti mozdonyok Stabil motorok

Átalakított motorokkal

A legtöbb motorban közvetlenül átalakítás nélkül

Speciális etanol motorok

Speciális biogáz motor

Közvetlenül alkalmazható

Közvetlenül alkalmazható

AZ ÉLETCIKLUS ELEMZÉS FBB ÖSSZETEVI
Növényolajok, használt sütolajok

(Gazdaságosság, környezetvédelem, egyéb szempontok)
Gyjtés, szállítás Feldolgozás, átalakítás Biogázolaj

1 km megtételének környezeti és gazdasági hatása

Kukorica

Kukorica szállítás

Fermentáció Bioetanol

Motorhajtóanyag

Melléktermékek kezelése Nyersanyag Nyersanyag szállítás Nyersanyag átalakítás Hajtóanyag elosztás

1 km megtételének környezeti és gazdasági hatása

Kolaj kitermelés

Kolaj szállítás tankhajóval, csvezetékben

Feldolgozás motorbenzinné és gázolajjá

,,Bio-motorhajtóanyagok" az Európai Unióban
Biodízel és bioetanol gyártás az EU országaiban az összes motorhajtóanyag felhasználás 0,3 %-át fedezte (2001). 2001-ben 956.000 t volt a termelés

Bioetanol-termelés 2006-ban ­ globális kitekintés
Ma a globális kukorica (700 mill. t) és cukortermelés (160 mill. t) legalább 10%-ából etanol készül (a gabonatermelés 5%-ából)

Összes termelés: 45 millió m3 USA: 44% Brazília: 40% EU-25: 3% Kína: 3%

USA
Termelés: 20 millió m3 Nyersanyag: kukorica

EU-25

Kína Termelés: 1,6 millió m3 3 Nyersanyag: gabona (85%) Termelés: 1,3 millió m cukorrépa (15%) Nyersanyag: kukorica Thaiföld
Termelés: 0,25 millió m3 Nyersanyag: változó

Brazília
Termelés: 18 millió m3 Nyersanyag: cukornád

Megjegyzés: Brazília az etanolgyártással befolyásolja a nemzetközi cukorárakat (az USA a nemzetközi gabonaárakat) Az energianövények energia-egyenértékben követik a kolaj árváltozását Az etanol árát Brazília exportárai határozzák meg a magas vámok (EU, USA) ellenére
Forrás: FO Licht's, Rabobank

Biodízel-termelés 2006-ban: globális kitekintés
Ma a globális növényolaj-termelés (125 millió t) legalább 5%-ából biodízel készül Összes biodízel termelés: 6 millió t EU-25: 80% USA: 12%

USA
Termelés: 0,7 millió t Nyersanyag: szójaolaj

EU-25
Termelés: 4,5 millió t Nyersanyag: repceolaj (80%)

Megjegyzés: Brazília a biodízel kötelez bekeverését írta el (2008: 2 %; 2010: 5 %) Az olajnövények energia-egyenértékben követik a kolaj árváltozását Az olajnövények árát a kolaj ára mellett a biodízel gyártására felhasznált növényolaj aránya is meghatározza
Forrás: FO Licht's, Rabobank

Tagállam

Az EU biodízel termelése 2007-ben és a 2008-ban rendelkezésre álló termelési kapacitások (ezer tonnában)

2007 évi termelés
267 166 9 1 61 85 150 0 39 872 100 85 3 80 9 26 0 7 1 2.890 363 175 36 168 63 46 11

Jelenlegi kapacitás
485 665 215 6 203 140 726 135 170 1.980 565 571 80 450 130 147 0 186 8 5.302 1.566 406 111 1.267 212 206 67

Ausztria Belgium Bulgária Ciprus Csehország Dánia Egyesült Királyság Észtország Finnország Franciaország Görögország Hollandia Irország Lengyelország Lettország Litvánia Luxemburg Magyarország Málta Németország Olaszország Portugália Románia Spanyolország Svédország Szlovákia Szlovénia

Összesen

5.713

16.000

Biológiai eredet üzemanyagok
1. Generációs motorhajtóanyagok 1.1 Nyers növényi olajok (átalakítás nélkül) 1.2 Biodízel (RME, SME, PME, AME, TFME) /átészterezett növényi olajok/ 1.3 Biogázolaj / bioalapolaj (katalikus átalakítás izomerizáló hidrogénezéssel) 1.4 Bioetanol (keményít és cukorbázisok fermentációjával) 2. Generációs motorhajtóanyagok 2.1 Szintetikus motorhajtóanyagok szintézis gázból (BTL, BFTD, BioFT, Bio DME, bio-metanol) 2.2 Lignocellulóz etanol (enzimes eljárással IOGE, NOVOZYME tech.) 2.3 Szilárd biomasszák elfolyósításával (Shell HTU, Flash Pyrolyse) 3. Generációs üzemanyagok 3.1 Hidrogénnel üzemel tüzelanyag-cellás/tüzelanyagelemes rendszerek. - Srített hidrogénnel (450 Wh/kg) - Metanol / etanol folyékony üzemanyaggal, ill. biogázból nyert metánnal (1000 Wh/kg) - Tüzelanyag reformerekbl nyert hidrogénnel (1500 Wh/kg)

MA

HOLNAP

JÖV

A bio-motorhajtóanyagok használatának lehetséges megoldásai

1. Megoldás A hajtóanyag illesztése a motorhoz Észteres, katalikus átalakítások, ETBE Bekeverések

2. Megoldás A motor illesztése a hajtóanyag Speciális motorok Elsbett, etanolmotor, gázmotor Átalakított motorok, Egy- és kéttankos megoldások

Hagyományos motorkonstrukciók Ipari megoldás

Tiszta növényi olaj Vizes vagy finomított etanol Biogáz Helyi, lokális megoldások

BIO-MOTORHAJTÓANYAGOK FBB JELLEMZI
Motorhajtóanyag Gázolaj Repceolaj Biodízel BTL* Srség (kg/l) 0,84 0,92 0,88 0,76 Ftérték (MJ/kg) 42,7 37,6 37,1 43,9 (MJ/l) 35,9 34,6 32,7 33,5 Viszkozitás (mm2/s) 4-6 74 7-8 4 50 40 56 >70 Cetánszám Lobbanás -pont (Cº) 80 317 120 88 Hajtóanyag egyenérték (l) 1 0,96 0,91 0,93

* Biomass to Liquid ­ Fischer-Tropsch szintézissel

Motorhajtóanyag Benzin (95-ös) Bioetanol Metán
* MJ/m³

Srség (kg/l) 0,76 0,79 0,72

Ftérték (MJ/kg) 42,7 26,8 50 (MJ/l) 32,5 21,2 36*

Viszkozitás (mm2/s) 0,6 1,5 -

Oktánszám (ROZ) 92 >100 130

Lobbanás -pont (Cº) <21 <21 -

Hajtóanyag egyenérték (l) 1 0,65 1,4

A Magyarországon termeszthet bioetanol alapanyagok és alkoholhozamok
növény Cukorrépa Rozs Búza Árpa Zab Kukorica Burgonya Termterület, 1000 ha 120 100 1300 250 50 1100 50 Termésátlag t/ha 40 2,5 4,5 4,1 3 5,6 18 Nyerhet etanol l/ha 3250 900 1800 1500 930 2100 1850

Csicsóka
Cukorcirok

2,5

40-60
35-50

4200
3200

Az EU-s országok kukoricatermelési adatai

Alapanyag

Alapanyag elkészítés

Bioetanol gyártás technológiai folyamata
Hulladékh Hálózat Etanol motor Generátor

Hidrolízis (Cukrosítás) Többlépcss fermentáció Desztilláció

Biomassza

Biogáz

Földgáz Szeszmoslék Etanol Szállítás Dehidrálás Finomító

Etanol kihozatal
Száraz rlés 100 kg kukorica 32,5 kg etanol 28,8 kg DDGS

Nedves takarmány

Állattenyésztés

Nedves rlés 100 kg kukorica 30,0 kg CO2 29,3 kg etanol 3,3 kg csíraolaj 4,7 kg sikér 20,1 kg sikértakarmány 28,3 kg CO2

Cukorrépa termés 80-90 t/ha

répatest 45-50 t/ha

Levél és fej 35-40 t/ha

cukoroldat 7-8 t/ha erjeszthet cukorral

Répaszelet 2-3 t/ha (szárazanyag-tartalom) Moslék, melasz 1-1,2 t/ha (szárazanyag-tartalom)

Tiszta (100 %) etanol 3,5-4 t/ha

Cukorrépa anyagmérleg

Alkohol elállítás energiamérlege cukorrépa esetén

Búzanövény termés 10-12 t/ha

Szemtömeg, 4-5 t/ha 14-16 % nedvességtartalom

Búzaszalma 6-7 t/ha

cukoroldat 2,8-3 t/ha erjeszthet cukorral Moslék, melasz 1-1,2 t/ha (szárazanyag-tartalom)

Tiszta (100 %) etanol 1,8-2 t/ha

Búza ­ alkohol anyagmérleg

Alkohol elállítás búzából: energiamérleg

Bioetanol üzem

Bioetanol desztilláló egység

Benzin-komponens (Brazília ~ 22% EtOH)

Bioetanol felhasználás
etanol

ETBE elállítás (MOL: 2% ETBE-tartalom 2005-tl) FAEE gyártás (növényolaj átészterése)

ETBE

Rudolf Diesel
Az 1894-ben tervezett és megalkotott dízelmotor földimogyoró olajjal mködött!
"A növényi olajok motorhajtóanyagként történ használatának most nincs jelentsége. De eljön majd az az id, amikor ezek az anyagok legalább annyira fontosak lesznek, mint a kolaj vagy a kszénkátrány származékok." ­1912

Biodízel elállítás

Biodízel (FAME) molekulák

Triglicerid: olaj- vagy zsírmolekula Glicerin molekula

Repceolaj energetikai felhasználása
repcemag nyers repceolaj
Átészterezés

Biodízel Biodízel
Elnyök CO2 semlegesség ­ alacsony káros (S) emisszió ­ alacsony toxicitás ­ a jelenlegi motorok és elosztóhálózat problémamentes használata - melléktermék felhasználás .
Hátrányok Jelents beruházási költség ­ nagy energiaigény (gyártás) - viszonylag

Nyers repceolaj
Elnyök CO2 semlegesség ­ helyi elállítás és felhasználás ­ alacsony káros (S) emisszió ­ alacsony toxicitás ­ melléktermék felhasználás Hátrányok A motor költséges átalakítása ­ hosszú távú tárolás (stabilitás)

jelents aldehid és részecske kibocsátás

Olajos növények termesztése

repceállomány 7430 kg/ha

repcemag 2730 kg/ha

szalma 4700 kg/ha

Repceolaj (nyers) 1090 kg/ha

Dara 1640 kg/ha melléktermék 60 kg/ha

Finomított repceolaj 1030 kg/ha

repce anyagmérleg

Növénytermesztés 20 GJ/ha

Megkötött napenergia 110 GJ/ha mezgazdaság

Repcemag 67 GJ/ha
Technológia 3 GJ/ha

Szalma 63 GJ/ha

olajkinyerés Nyers repceolaj 42 GJ/ha Dara 25 GJ/ha

Technológia 2 GJ/ha

finomítás Finomított repceolaj 40 GJ/ha
Melléktermék 2 GJ/ha

A repcetermelés energiamérlege

Olajosnövény termesztés
olajtartalmú mag

szén, földgáz víz

biomassza

katalizátor gyártás
NaOH, KOH NaOCH3, KOCH3 H2SO4

alkohol elállítás
MeOH, EtOH

0,5 kg

Növényi olaj kinyerés
növényolaj

vízmentes alkohol

10 kg

szrt,savtalanított foszfatidmentes olaj

Átészterezés
100 kg

Használt fzolaj begyjtés Zsíradék kinyerés

(éttermi) használt sütolaj

Olaj elkészítés
állati zsíradék

elválasztás katalizátorlebontás nyersészter tisztítás glicerin tisztítás
10 kg

100 kg

Vágóállattenyésztés

Biodízel FAME, FAEE

értékesíthet glicerin

Glicerin leválasztás

Biodízel gyártás ­ elvi folyamatábra

Használt-olaj gyjtés

Használt olaj tisztítás (szrés, víztelenítés)
termékek

A növényi olajok és metilészterezett származékainak tulajdonságai

A zsírsav-összetétel hatása a biodízel használati tulajdonságaira
Zsírsav (FA) telített (állati zsírok) többszörösen telítetlen (olajsavak) rövid szénlánc ( < 10, használt olaj) hosszú szénlánc (> 24) kedvez hatás cetánszám oxidációs stabilitás hidegszrhetség desztillációs görbe viszkozitás kedveztlen hatás hidegszrhetség oxidációs stabilitás lobbanáspont viszkozitás hidegszrhetség

BIODÍZEL ,,blend" lehetségek az EU-ban
Biodiesel B100 B20 B10 B5 B2 0 50 100 Petroleum diesel

B100 = 100% biodízel B20 = 20% biodízel + 80% gázolaj B10 = 10% biodízel + 90% gázolaj B5 = 5% biodízel + 95% gázolaj B2 = 2% biodízel + 98% gázolaj

A bio-motorhajtóanyagok energiahozama
Bio-motorhajtóanyag Hidegen préselt növényolaj Biodízel Bioetanol (kukoricából) Biogáz (metán) Hozam (l/ha) 1000 1000 2400 4700 m3/ha Energiatartalom (GJ/ha) 34,5 32,6 50,8 67,7 Energiahatékonyság (input/output) 5,0 ­ 6,0 2,7 - 2,8 1,2 ­ 1,7 3,1 ­ 4,2

A BIODÍZEL MOTORHAJTÓANYAG FBB HÁTRÁNYAI
· oxidációra hajlamos kettskötés(ek) a molekulákban rövid tárolási id (oxidációgátló adalékok alkalmazása esetén is), · hidrolízis érzékenység (észterkötések + víz korrozív szerves savak) · glicerin melléktermék értékesíthetségének bizonytalansága · nagy bekerülési költség a kolajalapú dízel-gázolajhoz viszonyítva az elsgenerációs biohajtóanyagok jövedéki adóját el kell engedni jelents költségvetési bevételkiesés · G8-as csúcs (2008): az élelmiszertermelés biztonságának veszélyeztetése termterületek kivonása az élelmiszertermelésbl

Biodízel üzem és logisztika

Biodízel üzem Magyarországon

Kunhegyes/Bánhalma (8.000 t, 2007-ben)
(Fotó: Kukovecz Á.)

Mit kell tenni a megoldáshoz (a széleskör elterjedéshez)?
·a jövedéki törvény módosítása;
(biomassza eredet, energetikai célú anyagok kivonása a jövedéki törvény hatálya alól ???);

· az elosztói hálózat (infrastruktúra) kialakítása;

·a rendszer nyíltabbá tétele ; ·a használt étkezési sütolaj és egyéb növényi és állati eredet hulladék zsírok felhasználásának lehetvé tétele;

Biogáz termelés



Cél: energiatermelés hulladékfeldolgozás
élelmiszeripari hulladékok növénytermelési hulladékok állati trágyák, hulladékok kommunális szennyvizek városi szeméttelepek, -depók


Szilárd szervesanyag (biohulladék)

Komplex oldott szervesanyag

Hidrolízis
szénhidrátok, fehérjék, zsírok

erjeszt mikróbák

Oldott szervesanyag

Aerob körülmények

Savas erjedés
savas erjeszt mikróbák

(oxi-, hidroxi-)karbonsavak, alkoholok, aminosavak, zsírsavak

CO2

Metánképzdés
metánképz baktériumok

NH3, H2S

Anaerob körülmények

METÁN

A szerves hulladéklebomlás fbb szakaszai
Folyamat
cellulóz, keményít, fehérjék, zsírok 1. szakasz
Aerob Anaerob Hidrolízis és fermentáció Szerves savak H2 CO2 H2O ammónia, nitrogén Szerves hulladék frakció

Termékek Gázfázis Exoterm Szerves stabilizáció

Hidrolízis/ aerob bomlás CO2 H2O

2. szakasz

Endoterm
3. szakasz
Acetogenezis Ecetsav H2 CO2

4. szakasz

Metanogenezis

CH4 CO2

Aerob

Oxidáció

Exoterm

CO2

5. szakasz
Szervetlen maradék

Biogáz összetétel
Komponens
Metán Szén-dioxid
Metán Szén-dioxid Oxigén Nitrogén Hidrogén Szén-monoxid Vízgz Egyéb komponensek

Tipikus érték (% v/v)
60-65 30-40 0,1 ­ 0,5 1 ­ 2,5 0 ­ 0,1 0 ­ 0,01

Oxigén Nitrogén Hidrogén Szén-monoxid

Vízgz
Egyéb komponensek

1-2
0,01 ­ 0,5

Ftérték: 20-25 MJ/nm3

A biogázgyártás hmérséklete
· pszikrofil eljárás ­ környezeti hmérséklet (25 oC alatt) · mezofil eljárás ­ éllények hmérséklete (30- 35 oC) · termofil eljárás ­ melegkedvel baktériumokkal ( 50-55 oC) · Múlt: 40'-es, 50'-es évek ­ háztartási hulladék, állati trágya feldolgozás világszerte ­ fzésre, világításra

"There is enough for only one-three pancake and we have five people to feed!" dates from World War II when energy supplies for private use were drastically reduced

A biogáz-gyjt kutak kialakítása és a zárószigetelésen való átvezetése

Depóniagázkutak gázhálózat kialakítás

Jöv
· · · · szelektív biológiai hulladékgyüjtés mikrobiológiai intenzifikálás energia növények felhasználása helyi, kis ermvek
­ Magyar Biogáz Egyesület
· Elnök: Dr. Kovács Kornél

Biogáz hasznosítás

Gázmotorok elektromos áramfejleszt egységekkel

Biogázzal mköd alaperm



Hasonló témájú dokumentumok

Hozzászólások

2011 7. gyakorlat ábris alkszámtech arc ásványok ásványtan barokk biotermékek csehov éghajlat előadás eu tételek európai civilizációk eredete gazdaságszociológia gépelemek gyökerek ii. jogi alapismeretek jogi alaptan jpg kaffka karrier kérdés válasz kidolgozott anyag kis jános kórtan kötelező irodalom kötelmi jog magyar romanika marquez mills neveléslélektan ollmann összefoglaló political science politikai szociológia pót reakció sportjog szám számtek szivattyú szöveg töri törvény tulajdonjog vállalat gazdaságtan valószínűség vizsgasor