J. Wolszczak Perspektywy, bariery wzrostu i uwarunkowania techniczne dotyczące eksploatacji biopaliw Janusz Jakóbiec Janina Wolszczak Wydział Energetyki.

Prezentacja na temat: "J. Wolszczak Perspektywy, bariery wzrostu i uwarunkowania techniczne dotyczące eksploatacji biopaliw Janusz Jakóbiec Janina Wolszczak Wydział Energetyki."— Zapis prezentacji:

1 J. Wolszczak Perspektywy, bariery wzrostu i uwarunkowania techniczne dotyczące eksploatacji biopaliw Janusz Jakóbiec Janina Wolszczak Wydział Energetyki i Paliw, AGH Konferencja projektu Alter-Motive Poświętne, 4.11.2010

2 J. Wolszczak Struktura zużycia energii pierwotnej w krajach UE i w Polsce Źródło: T. Leszczyński; Biuletyn Urzędu Regulacji Energetyki 4(2008)

3 J. Wolszczak Paliwa ciekłe KonwencjonalneBiopaliwa ciekłe Paliwa mineralne ropopochodne Odnawialne nośniki energii Biomasa Pierwotny nośnik energii: Ropa naftowa Paliwa węglowodorowe Biopaliwa - niewęglowodorowe - węglowodorowe Podział paliw ciekłych wg pierwotnych nośników energii

4 J. Wolszczak Biokomponenty i biopaliwa i ciekłe Bioetanol, biometanol, ester, olej roślinny, ester, dimetyloeter – samoistne paliwa Mieszanki zawierające powyżej 5 % (V/V) bioetanolu (E10, E85) – silniki ZI Mieszanki zawierające powyżej 15 % (V/V) eteru etylo-tert-butylowego Mieszanki B5, B7, B20 – silniki ZS Syntetyczne węglowodory i mieszanki syntetycznych węglowodorów Dimetyloeter Biogaz – pozyskany z biomasy Biowodór – pozyskany z biomasy

5 J. Wolszczak Dlaczego biopaliwa? Przesłanki: Pozyskiwane z odnawialnych źródeł energii; Ograniczają zużycie paliw kopalnych; Biodegradowalne, przyjazne dla środowiska; Nie przyczyniają się do wzrostu CO2 W mieszankach z paliwami węglowodorowymi poprawiają jakość spalania Rozwój rolnictwa

6 J. Wolszczak Biopaliwa pierwszej generacji BIOPALIWA I GENERACJI (Surowce spożywcze) BIOETANOL Cukry proste i złożone Glukoza Sacharoza Skrobia BIOESTRY (BIODIESEL) Tłuszcze roślinne Tłuszcze zwierzęce Tłuszcze posmażalnicze

7 J. Wolszczak Paliwa I generacji. Ograniczenia wzrostu Konkurencja z produkcją żywności; Duże zapotrzebowanie na wodę i nawozy sztuczne; Duże areały pod uprawy; Polityka rolna; legislacyjna

8 J. Wolszczak Biopaliwa II generacji BIOETANOL BIOGAZ (dalej BTL) Biowodór BIOOIL Przeróbka w procesach rafineryjnych BIODIESEL Synteza F-T węglowodorów BIOPALIWA II GENERACJI (LIGNOCELULOZA) FERMENTACJAPIROLIZAZGAZOWANIE

9 J. Wolszczak Lignoceluloza Surowce lignocelulozowe zawierają od 65 do 85 % węglowodanów; Celuloza-(C 6 H 10 O 5 ) n – nierozgałęziony biopolimer, polisacharyd, o cząsteczkach złożonych kilkunastu do kilkuset tysięcy jednostek glukozy; Hemiceluloza - jest mieszaniną liniowych i rozgałęzionych polimerów cukrów pięciowęglowych (ksylozy i arabinozy) i w mniejszym stopniu cukrów sześciowęglowych – glukozy, mannozy i galaktozy Lignina – polimer pochodnych fenolowych, można ja wykorzystać jako surowiec do produkcji ciepła

10 J. Wolszczak Schemat technologii Iogen Słoma pszeniczna Etanol Obróbka wstępna Produkcja enzymów Hydroliza celulozy Fermentacja cukrów Odzysk etanolu Przeróbka ligniny Lignina Cuk ry

11 J. Wolszczak Biopaliwa biomasowe II generacji Technologie GTL (Gas to Liquid) Technologie BTL (Biomas to Liquid) Biopaliwa ciekłe Zgazowanie biomasy H 2 + CO (syn-biogaz) Węglowodory Metanol, etanol Dimetyloeter Synteza kat. hydrotreating Piroliza biomasy Biooil

12 J. Wolszczak Paliwa ciekłe III generacji Biopaliwa wytwarzane przez konwersję biomasy otrzymywanej ze specjalnych upraw energetycznych. Algi (glony) – biomasa do produkcji: - bioetanolu - biogazu (biometan) - bioestry - biowodór

13 J. Wolszczak Czym są algi? ( zielenice, krasnorosty, brunatnice) Algi to grupa organizmów plechowych, najczęściej samożywnych, żyjących w środowisku wodnym lub w miejscach wilgotnych; Ciało alg stanowi jednorodna lub zbudowana z małą ilością zróżnicowania komórek plecha, o wielkości od kilku mikrometrów do kilku metrów; Plecha ma kształt przypominający liście lub łodygi, które służą do pochłaniania pokarmu z otoczenia; Algi występują we wszystkich strefach geograficznych ale najliczniej na półkuli północnej, gdzie wydobywa się ich około 1,5 mln ton/rok; Najchętniej wydobywa się:

14 J. Wolszczak Obszar upraw biomasy niezbędny do pokrycia 50 % zapotrzebowania na paliwa transportowe w USA UprawaIlość oleju [l/ha]Obszar [M ha] Kukurydza Soja Kokos Palma olejowa Mikroalgi a Mikroalgi b 172 446 2689 5950 136 900 58 700 1540 594 99 45 2 4,5 a) 70 % oleju w biomasie; b) 30 % oleju w biomasie Algi – najbardziej efektywna uprawa biomasy

15 J. Wolszczak Kierunki przetwarzania biomasy alg Potencjalne procesy konwersji biomasy alg

16 J. Wolszczak Kryteria jakości paliw BenzynyOleje napędowe Prawidłowa pracasilnika Liczba oktanowa Skład frakcyjny Prężność par nasyconych Liczba cetanowa Skład frakcyjny Lepkość, właściwości niskotemperaturowe CFPP Troska oŚrodowisko naturalne Skład spalin: CO 2 !!! CO, NOx, CH, SOx VOC - Lotne związki organiczne (parowanie) Skład spalin: CO 2 !!! CO, NOx, CH, SOx, PM (sadza, zadymienie) CO 2 Zadania dlaproducentów

17 J. Wolszczak Wymagania stawiane paliwom do silników spalinowych Zapewnienie właściwego transportu w układzie zasilania paliwem; Prawidłowe rozpylenie i odparowanie paliwa (łatwość tworzenia mieszanki z powietrzem); Właściwe spalanie paliwa w silniku.

18 J. Wolszczak Wymagania ogólne stawiane biopaliwom silnikowym Łatwo dostępne i niedrogie; Spełniają wymagania techniczne i energetyczne do zasilania silników i urządzeń energetycznych; Nie stanowią większego niż paliwa konwencjonalne zagrożenia dla środowiska naturalnego

19 J. Wolszczak Wymagania stawiane biopaliwom silnikowym Światowa Karta Paliw ( World-WideFuel Charter) stanowi zbiór wymagań jakościowych paliw silnikowych, z podaniem ich miar i wag, opracowanych na podstawie badań uwzględniających wymagania współczesnych silników spalinowych i ochrony środowiska Normy przedmiotowe określające wartości parametrów fizykochemicznych i użytkowych oraz metody badań (PN-EN; ASTM, ISO) Akty prawne regulujące warunki wprowadzania do obrotu paliw w danym kraju

20 J. Wolszczak Podobieństwa i różnice w budowie biopaliw i i paliw konwencjonalnycn Podobieństwa: Część węglowodorowa cząsteczki; Różnice: Nie zawierają WWA, praktycznie nie zawierają siarki; Zawierają tlen Estry: 10 – 11 % mas, Bioetanol: około 36 % Podobieństwa i różnice determinują właściwości fizykochemiczne i użytkowe biopaliw

21 J. Wolszczak Kwasy tłuszczowe KwasModułWzór MistrynowyC14:0CH 3 (CH 2 ) 12 COOH PalmitynowyC16:0CH 3 (CH 2 ) 14 COOH StearynowyC18:0CH 3 (CH 2 ) 16 COOH OleinowyC18:1CH 3 (CH 2 ) 14 (CH) 2 COOH LinolowyC18:2CH 3 (CH 2 ) 12 (CH) 4 COOH LinolenowyC18:3CH 3 (CH 2 ) 10 (CH) 6 COOH ArachidowyC20:0CH 3 (CH 2 ) 18 COOH BehenowyC22:0CH 3 (CH 2 ) 20 COOH ErukowyC22:1CH 3 (CH 2 ) 18 (CH) 2 COOH

22 J. Wolszczak Produkcja FAME (biodiesel) Pożądany profil kwasów tłuszczowych Możliwie niski poziom SFA (np. C16:0 i C18:0), lepsze Możliwie właściwości w niskich temperaturach; wysoki poziom MUFA (np. 18:1), dobra stabilność i dobre właściwości niskotemperaturowe; Możliwie niski poziom PUFA (np. 18:3), większa odporność na utlenianie (starzenie).

23 J. Wolszczak Profil kwasów tłuszczowych surowca wpływa na właściwości FAME (biodiesla) Zakres destylacji; Liczba cetanowa; Lepkość; Stabilność oksydacyjna (magazynowanie i termiczna stabilność); Właściwości w niskich temperaturach (CP, CFPP, PP).

24 J. Wolszczak Emisja

25 J. Wolszczak Ubytki erozyjne na stożku iglicy rozpylacza ON EkoB10 wtryskiwacz

26 J. Wolszczak Wtryskiwacze. Wpływ osadów na strumień rozpylanego paliwa a) czysta końcówka rozpylacza b) zanieczyszczona końcówka rozpylacza Dodatki detergentowe bezpopiołowe: alkenylobursztynoimidy, Alkenylobursztynoamidy, Większe: hałas silnika zużycie paliwa emisja spalin utrudniony rozruch

27 J. Wolszczak Właściwości niskotemperaturowe CP: temperatura mętnienia (Cloud Point) PP: temperatura płynięcia (Pour Point) CFPP: temperatura zablokowania zimnego filtru (Cold Filter Plugging Point)

28 J. Wolszczak Bariery wzrostu Koszty produkcji Popyt na biopaliwa Brak jednoznacznego stanowiska producentów samochodów Polityka energetyczna

29 J. Wolszczak Relacje cenowe pomiędzy konwencjonalnym olejem napędowym a FAME (biodiesel B100) na rynku zachodnioeuropejskim w 2009 r [dol/t] ON B100

30 J. Wolszczak Relacje cenowe pomiędzy konwencjonalnym olejem napędowym Ekodiesel a biopaliwem B100 w PKN Orlen [ceny spot: zł/100l w 2009r] B100 ON Eko

31 J. Wolszczak Dziękuję za uwagę