INTERNACIONALNI UNIVERZITET TRAVNIK

EKOLOŠKI FAKULTET

ZAŠTITA ŽIVOTNE SREDINE

SEMINARSKI RAD

BIODIZEL KAO VRSTA ALTERNATIVNOG GORIVA

Mentor : Mr. Haračić Nedžad Student : Ganija Emir

Broj indexa :

Travnik, Novembar 2012

SADRŽAJ:

1. UVOD

1.1. Dizel i ulje od kikirikija

1.2. Sve prednosti

1.3. Profitabilni nusprodukti

2. BIODIZEL I EKOLOGIJA

3. PREDNOSTI BD U ODNOSU NA DIZEL

3.1 Zašto biodizel

4. PROIZVODNJA BIODIZELA – FAME

4.1. Hemijska reakcija, sirovine i pomoćni materijali

5. ZAKLJUČAK

6. LITERATURA

1. UVOD:

Sunce, voda, vjetar, otpad, biomasa i biodizel postali su nova nada za čovječanstvo od

trenutka kada je postalo jasno da će izvori najmoćnijeg i najskupljeg energenta - nafte - kad

tad presušiti. Vrtoglavi rast cijene galona crnog zlata i prijetnja koju nafta predstavlja okolišu

samo su dodatno potakli razvijene zemlje svijeta da se okrenu tim obnovljivim i alternativnim

izvorima energije iz kojih je na zapadu niknula potpuno nova, ekološki prihvatljiva industrija.

Ta je industrija svijetu donijela nove izvore energije, sigurniji okoliš, napredak poljoprivrede

i desetke tisuća novih radnih mjesta. BiH je od te priče u praksi dosta daleko, ali je ipak

prepoznala šansu koja joj se pruža. Unatoč činjenici da zanemarujemo goleme potencijale

alternativnih izvora energije poput sunca, vode i vjetra, već dugo postoji volja da napokon

iskoristimo ono što nam doslovce stoji pred nosom, poljoprivredne površine za sadnju

uljarica koje su glavna sirovina za proizvodnju biodizela. Integracijom BiH u WTO i

CEFTA-u, a posebno članstvom naše zemlje u EU,dovršit će se tranzicija našeg gospodarstva

u tržišni model, svojstven razvijenim zapadnoeuropskim zemljama. Zbog toga se reforma

energetskog sistema mora provoditi na način da se prate svi procesi u BiH uz

zadovoljavanje svih međunarodnih zahtjeva ekološke i energetske sigurnosti. Danas su u BiH

potpuno liberalizirani uvoz, prodaja i distribucija naftnih derivata. Rafinerijska prerada nafte

zbog visokih troškova proizvodnje i prodaje nedovoljno je konkurentna. Stoga će se udio

domaće nafte na bh. tržištu postupno smanjivati. Zakonska regulativa mora osigurati jasna i

po europskim standardima utvrđena tržišna pravila, sigurnu i kvalitetnu opskrbu naftom i

naftnim derivatima, zaštitu državnih interesa te zaštitu pučanstva i okoliša. Program

korištenja energije biomase i otpada BIOEN ima za cilj osiguranje svih preduvjeta i

uklanjanje prepreka za poticanje i povećanu uporabu ogrjevnog drva, drvnog otpada, slame,

biljaka, otpada te plinovitog (bioplin) i tekučeg (etanol, metanol i bionafta) biogoriva u

proizvodnji energije. Za nositelja projekta postavljeno je Ministarstvo poljoprivrede i

šumarstva, koje je za pripremu i provedbu projekta imenovalo radnu skupinu. Prva zadaća

stručnjaka radne skupine iz različitih struka bila je izrada Studije izvodljivosti proizvodnje

biodizelskog goriva u B i H.

1.1.Dizel i ulje od kikirikija

Biogoriva su se pokazala najvrjednijim oblikom obnovljivih energetskih izvora. Mogu se

koristiti u različitim oblicima i tehnološkim postupcima, energetska vrijednost im je jednaka

gorivima proizvedenim iz mineralnih sirovina i, što je najvažnije, biogoriva su gotovo

potpuno neškodljiva za okoliš. U svijetu su u upotrebi dvije vrste biogoriva. Alkoholna

biogoriva, koja se dodaju ili čak potpuno zamjenjuju benzin u benzinskim motorima, te

biodizel (biljna ulja), gorivo koje se dodaje ili potpuno zamjenjuje dizel iz nafte u dizelskim

motorima.

Povijest upotrebe biodizela kao pogonskog goriva seže još u daleku 1900-tu godinu kada je

na Svjetskoj izložbi u Parizu Rudolf Diesel predstavio svoj novi izum - dizelski motor koji je

pokretalo ulje od kikirikija. No, sve se i završilo na toj demonstraciji, jer je nafta tada bila

jeftinija. Tek 1973. godine, kada je nastupila prva svjetska naftna kriza, razvijene zemlje

počele su ozbiljnije razmišljati o proizvodnji i korištenju biodizela.

Danas je već svim zemljama, članicama Europske zajednice, propisima uvjetovano da do

kraja 2006. godine sva dizelska goriva koja se proizvode ili distribuiraju na prostorima EU

moraju u sebi sadržavati najmanje 5 posto biodizela (za petnaest godina čak 20 posto svih

energetskih potreba dolazilo bi iz biogoriva). Korištenje biodizela postavili su jednim od

osnovnih preduvjeta za ostvarivanje načela održivog razvoja.

1.2. Sve prednosti

Što je ustvari biodizel i zašto je upravo danas, kad se najviše razgovara o energetskoj

neovisnosti i smanjenju emisije stakleničkih plinova, upravo taj energent dobio potpuni

prioritet? Biodizel je motorno gorivo koje se dobiva hemijsko-tehnološkim postupkom

transesterifikacije s metanolom iz ulja uljane repice, soje i drugih uljarica. Može se dobiti i

recikliranjem iz otpadnih prehrambenih ulja i životinjskih masti.

Osim što je po svojim energetskim sposobnostima jednak običnom dizelu, ima puno bolju

mazivost, pa značajno produžava radno trajanje motora. Najvažnije su njegove osobine

vezane uz smanjenje onečišćenja okoliša. Prilikom rada motora, na ispušnoj cijevi se

oslobađa čak 10 posto kisika. Biodizelska goriva ne sadrže sumpor ni teške metale, koji su

glavni onečišćivači zraka prilikom upotrebe dizela dobivenog iz nafte.

Količina ugljičnog dioksida, glavnog stakleničkog plina, približno je ista onoj količini koju je

biljka apsorbirala tokom rasta. Zbog toga se biodizelsko gorivo često naziva i CO2 neutralno

gorivo. Transport biodizela gotovo je potpuno neopasan za okoliš, jer se dospjevši u tlo

razgradi nakon 28 dana. Ako nafta tokom manipulacije ili transporta dospije u vodu, jedna

litra zagadi gotovo milion litara vode, dok kod biodizela takvo zagađenje ne postoji, jer se on

u vodi potpuno razgradi već nakon nekoliko dana.

1.3. Profitabilni nusprodukti

Zbog svojih brojnih pozitivnih osobina, biodizel je svoju najširu primjenu našao upravo u

ekološkoj poljoprivredi, gdje je, po međunarodnim kriterijima, i jedini dopustivi energent.

Bez upotrebe biodizela (ili nekog drugog biogoriva), danas se u EU ne može dobiti certifikat

o čistoći ekološki proizvedenih poljoprivrednih proizvoda.

Osnovni izvor sirovine za proizvodnju biodizela u Sjedinjenim Američkim Državama je soja,

dok je to u Europi uljana repica. Ona čini čak 82 posto svih uljarica za biodizel. Prednost

uljane repice nije samo u jednostavnosti proizvodnje, već i u profitabilnosti, jer tu nema

ostatka. Čak se nakon iskorištenja sjemenki, slama koristi kao energent.

Primjerice, u Danskoj slama predstavlja vrlo važan dio ukupne poljoprivredne biomase iz

koje se zadovoljava čak 6 posto ukupnih energetskih potreba. Pri proizvodnji biodizela iz

uljane repice, nastaje čitav niz veoma profitabilnih nusprodukata, poput pogače ili sačme,

koja je visokovrijedan proteinski dodatak stočnoj hrani. Dobivamo i glicerol, koji se koristi

kao sirovina u kozmetičkoj i farmaceutskoj industriji. Na kraju tehnološkog procesa, kao

nusprodukt se dobiva i uljni mulj, koji se koristi kao visokokvalitetno gnojivo za povrtne

kulture u ekološkoj poljoprivredi.

2. BIODIZEL I EKOLOGIJA

Upotreba biodizela (u usporedbi sa fosilnim dizelom) pogodna je u smislu zaštite životne

sredine tako što je smanjen emisije stakleničkih plinova kao i emisija drugih zagađujućih

materija. Kvantifikacija ovih efekata na životnu sredinu vrši se popularnim pristupom «Well-

to-Wheel» (WTW), gdje se vrši mjerenje neto emisije tokom cjelokupnog lanca proizvodnje-

potrošnje.  Sa druge strane, WTW rezultat emisije može značajno da fluktuira od slučaja do

slučaja, u zavisnosti od samog procesa proizvodnje i upotrebe nusproizvoda.  Stoga su

pozitivni efekti emisije prilikom upotrebe biodizela dobiveni na bazi mjerenja ispušnih

plinova (osim CO2, koji se uvijek mjeri na WTW bazi), pošto se ovi parametri mogu

precizno odrediti.

Osnovna prednost upotrebe biodizela kao obnovljivog goriva je značajno smanjenje emisije

CO2.  Također je smanjena emisija sumpornih oksida, zagađujućih čestica i

ugljenmonoksida.  Prednosti i nedostaci upotrebe biodizela zavise u mnogome od toga koja

se mješavina koristi, kao i od rada motora odnosno vrste motora.

Vrijednosti potencijalnog smanjenja emisije pojedinačnih zagađujućih materija prilikom

upotrebe biodizela dane su daljem tekstu.

Ugljendioksid (CO2): Na WTW bazi, svaka tona fosilnog dizela dodaje oko 2,8 t CO2 u

atmosferu. Specifičan sadržaj ugljendioksida jedne tone biodizela je nešto manji, 2,4 t CO2.

Može se pretpostaviti da će ovaj ugljendioksid biti u potpunosti iskorišten sljedeće godine od

strane usjeva koji će dati sirovinu za proizvodnju biljnog ulja, kao i apsorbiran kroz

ugljenični ciklus (kao glicerol i čvrsti otpad). Zato se može reći da je neto CO2 emisija

prilikom upotrebe biodizela, kada se promatra na WTW bazi, skoro jednaka nuli.

Sumporni oksidi (SOx): Danas, 1 t konvencionalnog fosilnog dizela u EU sadrži

maksimum 350 ppm sumpora u prosjeku. Kada dizel sagorijeva, sumpor se oslobađa u

atmosferu u obliku sumpordioksida, doprinoseći formiranju kiselih kiša. Biodizel skoro da

nema sumpora (sadržaj sumpora 0-0.0024 ppm). Sa druge strane, u EU se konstantno

promovira upotreba dizel goriva sa malim sadržajem sumpora-ispod 50 ppm (Velika

Britanija), ispod 10 ppm (Švedska).

Dušični oksidi (NOx): Emisija dušičnih oksida iz biodizela može se povećati ili

smanjiti u odnosu na emisiju iz fosilnog dizela, a u zavisnosti od generacije motora i

procedure po kojoj se testiraju. Emisija dušikovih oksida iz čistog biodizela se povećava za

oko 6% u prosjeku u odnosu na fosilni dizel. Obzirom na nedostatak sumpora u biodizelu

moguće je koristiti tehnike kontroliranja dušikovih oksida koje je nemoguće koristiti kod

fosilnog dizela. 

Ugljenmonoksid (CO): Biodizel sadrži oksigente koji poboljšavaju proces

sagorijevanja i smanjuju emisiju. Ova činjenica značajno smanjuje (najmanje 20%) emisiju

ugljenmonoksida.

Čvrste čestice: Udisanje zagađenih čestica dokazano je kao ozbiljan problem i

opasnost po zdravlje čovjeka. Emisija u ispušnim plinovima ovih čestica je kod biodizela

40% manja nego kod fosilnog dizela.

Biodegradabilnost: Fosilni dizel se razlaže samo 50% u toku prvih 21 dan poslije

prosipanja, dok se biodizel razlaže 98% bez posljedica, za isto vrijeme.

B100 smanjuje rizik od kancerogena za 94%, a B20 za 27%.

3. PREDNOSTI BIODIZELA U ODNOSU NA DIZEL

Tehnički aspekti:

Osigurava bolje paljenje i podmazivanje motora što znači veću efikasnost i trajnost

Bolje čuvanje i rukovanje: tačka ključanja oko 150 °C – fosilni dizel oko  70 °C

Ne zahtijeva  prepravke na motorima

Nije potrebno mijenjati transportne i skladišne sisteme radi korištenja biodizela

Ekološki aspekti:

Smanjena emisija staklenih plinova, čestica i aromata: CO2, CO, SO2, NO2, čađ,

benzol, toluol

Neotrovan

Bio-degradabilan

Energetski aspekti:

Osnovne sirovine obnovljive

Umanjuje potrebe za uvozom nafte i rizik u snabdijevanju

Ekonomski aspekti:

Na makroekonomskom nivou, razvoj proizvodnje biodizela utječe na sljedeće indikatore:

Zaposlenost

Povećanje industrijske proizvodnje

Dodatno prelijevanje sredstava ka poljoprivredi

Doprinos ekonomskom razvoju ruralnih sredina

Povećanje deviznih rezervi

Smanjenje zavisnosti makroekonomskih parametara od vanjskih faktora

 

3.1 Zašto Biodizel ?

Potrebe za povećanom sigurnosti u snabdijevanju tekućim gorivom za transportni

sektor i poljoprivredu pomoću obnovljivog izvora

Potreba da se koristi kao gorivo u dizel motorima koje manje zagađuje okolinu, a

istovremeno ne zahtijeva prepravke na motorima i može se miješati sa fosilnim

dizelom

Osigurava korisniku pouzdano gorivo sa nižom cijenom

Rješenje problema:

smanjena emisija plinova (pogotovo CO2) koji učestvuju u efektu staklenika i njihov

utjecaj na globalnu klimu

Ratifikacijom Kyoto protokola EU se obavezala da smanji ukupnu emisiju plinova za 8% do

2012. u usporedbi sa nivoom 1990. godine.

4. PROIZVODNJA BIODIZELA – FAME

4.1. Hemijska reakcija, sirovine i pomoćni materijali

Biodizel – najčešći je naziv za metil ester masnih kiselina ( FAME – Fatty Acid Methyl

Esters) koji se u velikoj većini slučajeva proizvode iz sirovog repičinog ulja. Po hemijskom

sastavu Biodizel je monoalkalni ester viših masnih kiselina. Postupak proizvodnje zasniva se

na reakciji transesterifikacije u kojoj hemijski reagiraju biljna ulja i metanol uz prisutnost

natrij hidroksida kao katalizatora.

Hemijski postupak uvođenja metilnog alkohola u triglicerid je relativno jednostavan i

reakcija se počinje odvijati već na sobnoj temperaturi te u industrijskoj proizvodnji nisu

potrebne visoke temperature i tlakovi. Ovaj postupak u našem slučaju odvija se na

temperaturi nešto nižoj od temperature ključanja metanola i na atmosferskom tlaku.

Hemijske komponente koje se koriste i nastaju u procesu proizvodnje nisu visoko korozivne

te nema posebnih zahtijeva za vrstama i kvalitetom materijala iz kojih je izrađeno postrojenje

od uobičajenih materijala koji se koriste u hemijskoj industriji.

Hemijskom reakcijom nastaju metil esteri masnih kiselina zajedno s ostalim sporednim

spojevima i manje željenim produktom: GLICERINOM u kojem su otopljeni sapuni masnih

kiselina, voda, metanol i dio metil estera viših masnih kiselina. Količina sporednih produkata

ovisi o kvaliteti i čistoći osnovnih sirovina kao i o tehnološkim uvjetima odvijanja kemijske

reakcije.

Metil esteri masnih kiselina, u našem slučaju metil esteri repičinog ulja, pripadaju

skupini derivata srednje dugih lančanih masnih kiselina ( C16 – C18 ) koji pokazuju strukturnu

sličnost sa n-cetanom odnosno molekulama iz mineralnog dizelskog goriva. Ovakva sličnost

postiže se reakcijom transesterifikacije u kojoj se odigrava zamjena trovalentnog alkohola –

glicerina iz triglicerida s jednovalentnim alkoholom – metanolom odnosno u hemijskoj

reakciji nastaju jedna molekula glicerina i tri molekule metil estera masnih kiselina.

Novonastali esteri masnih kiselina imaju niži viskozitet od sirovog ulja uljane repice.

Molekule pokazuju strukturnu sličnost s molekulama mineralnog dizel goriva.

Što se vidi i na ovoj slici gdje se s dva gornja lanca pokazuje struktura molekula metil

estera masnih kiselina u usporedbi s donjim lancem C-16 cetana kao najvažnije komponente

dizelskog goriva mineralnog podrijetla.

Konačni proizvod metilni ester repičinog ulja ( FAME ), odnosno biodizel, vrlo je

sličan mineralnom dizelu po svojim svojstvima kao gorivo, ali nije opasan ni po jednom od

sljedećih kriterija: nije lako zapaljiv, nije štetan za zdravlje, ne zagađuje vode, ne zagađuje

zrak, biološki se razgrađuje.

Metanol ( metilni alkohol CH3OH ) je najjednostavniji alkohol, bezbojna je tekućina

koja ima miris kao obični etilni alkohol, ključa pri 64,5°C, miješa se u svim omjerima s

vodom, etil alkoholom i mnogim drugim organskim otapalima, a i otapa veliki broj

neorganskih soli također i nitrocelulozu, a u manjoj mjeri otapa masti i ulja. Do 1923. godine

proizvodio se jedino u postupku suhe destilacije drva, a od tada, primjenom drugih

tehnoloških postupaka proizvodi se uglavnom sintetički metanol. Troši se najviše u

proizvodnji akrilnih plastičnih masa, organskih otapala, razrjeđivača i dr.

Posebne mjere potrebno je primjenjivati samo kod skladištenja metanola koji je lako

zapaljiva tekućina i klasificiran je i kao otrovna kemikalija. Stoga je potrebno osigurati

posebne uvjete skladištenja i manipuliranja u tehnološkom procesu, kao i zaštitu u radnom

prostoru sukladno propisima.

Glicerin (glicerol) je trohidroksidni (trovalentni) alkohol (formule: CH2OH-CHOH-

CH2OH), bez mirisa, bez boje, sirupasta tekućina slatkastog okusa. Otapa se u vodi i

alkoholu. Proizvod je saponifikacije ulja i masti, a može se dobiti i fermentacijom šećera.

Koristi se za proizvodnju nitroglicerina i drugih eksploziva, proizvodnju kozmetičkih

preparata, preradi kože i dr. Temperatura ključanja mu je 290°C.

U postupku transeterifikacije ulja iz uljane repice i proizvodnje biodizela glicerin je

nusproizvod i tek nakon određenog pročišćavanja može se upotrebljavati u industrijske svrhe.

Pročišćavanje glicerina je kompliciran i tehnološki zahtijevan postupak, te su postrojenja

manjeg kapaciteta za preradu i proizvodnju čistog glicerina neekonomična, već je uobičajeno

njegovo skupljanje iz više postrojenja proizvodnje biodizela i njegova prerada na velikim

tehnološkim linijama za proizvodnju čistog glicerina kod specijaliziranih prerađivača.

Moguće je korištenje dobivenog glicerina iz procesa proizvodnje biodizela bez

dodatne prerade i pročišćavanju sljedećim situacijama:

1) kao tekuće gorivo za proizvodnju toplote izgaranjem

2) u postupku prešanja piljevine u briket dodaje se za povećanje kalorijske vrijednosti

briketa, na isti se način koristi i kod izrade briketa od pogače uljane repice nakon

prešanja

Savremeno postrojenje o kakvom ovdje govorimo sastoji se iz sljedećih dijelova:

prihvat i skladištenje sirovog jestivog ulja i metanola

priprema sirovine – rafinacija

esterifikacija sa metanolom

gravitaciona reakcija i separacija s odvajanjem estera od glicerinske faze

čišćenje proizvoda – ekstrakcija

destilacija vode i metanola – sušenje

aditiviranje i filtracija estera

skladištenje estera – biodizela

regeneracija metanola

obrada sekundarnih voda do nivoa demineralizacije vode

uklanjanje čvrstih ostataka po filtraciji

spaljivanje ekološkog goriva na bazi sirovog glicerina

laboratorij

Shema postrojenja za proizvodnju metil estra repičinog ulja

5. ZAKLJUČAK:

Biodizel bi u dogledno vrijeme bio ekonomično rješenje, ali pod uvjetom da njegovu

proizvodnju prati odgovarajuća zakonska, ekološka i ekonomska politika koja bi poticala

njegovu primjenu.

Projekt BIODIZEL ima za cilj trajnu skrb o proizvodnji i korištenju biodizelskog goriva u

BiH i o zaštiti okoliša, obuhvata sve tehničke, tehnološke, zakonske i ostale mjere za

poticanje, proizvodnju i korištenje biodizelskog goriva u BiH.

Kao osnovni razlozi za pokretanje projekta BIODIZEL mogu se izdvojiti:

Nadomještanje dijela fosilnih goriva koja se uvoze obnovljivim gorivom, te veća sigurnost

opskrbe energijom diverzifikacijom energetskih izvora i dobavljača, uvođenje "treće kulture"

(osim pšenice i kukuruza), kojom bi se osigurao dodatni i sigurniji prihod poljoprivrednim

proizvođačima u BiH, omogućilo bolje iskorištavanje mehanizacije, te povećala rentabilnost

poljoprivredne proizvodnje, otvaranje novih radnih mjesta i zadržavanje stranih sredstava

plaćanja u zemlji, makroekonomski (izvozno) je za BiH proizvodnja uljane repice puno

povoljnija od pšenice (pogotovo nakon ulaska u WTO), a prisutne su i objektivne klimatske i

pedološke prednosti za tu proizvodnju, korištenje zapuštenih obradivih poljoprivrednih

površina, smanjenje emisije stakleničkih plinova prihvaćeno potpisivanjem sporazuma iz

Kyota (biodizel je "CO2-neutralno" gorivo), smanjenje onečišćenja zraka uslijed boljeg

izgaranja goriva u motoru, a time pozitivan utjecaj na okoliš, kvalitetu života stanovništva te

na javno zdravlje, smanjenje rizika onečišćenja voda korištenjem biološki razgradivog

energenta.

Na kraju napominjemo kako je iznimno bitno da država u ovaj projekt ne krene bez

edukacije ljudi koji trebaju trošiti biodizel. U Češkoj, primjerice, takve edukacije i promidžbe

nije bilo pa se iz neinformiranosti i neznanja javio strah građana za njihove automobile. Da se

to ne bi dogodilo i nama, neophodno je pokrenuti promidžbu koja bi vlasnicima vozila

objasnila da biodizel ne samo da ne šteti motoru, nego, dapače, produljuje njegov vijek

trajanja. Malo tko, recimo, zna da kad izvan Hrvatske toči Eurodizel, zapravo toči gorivo u

kojem je pet posto biodizela.

Vrijeme je, dakle, da se ljude poduči što je biodizel i zašto je upravo taj energent

dobio potpuni prioritet u 21. stoljeću.

6. LITERATURA

- Energetika – Biodizel - Miroslav Kamenski, dipl.ing

- Tehnološki postupak proizvodnje «Fame» - Denis Ivanov, dipl.ing.