Utilizarea de noi tehnologii folosite la obinerea biocombustibililor

Secreanu (Dumitru) GeorgianaMari FlorinBlan AlexandraAgrapinei GeorgianaTtaru AlinPrvan AlexandraPtru Elena

An II Master MAC2013

1.1. Obiectivul proiectuluiObiectivul proiectului este obinerea unor biocombustibili consacrai (este vorba de biobutanol) printr-o tehnologie nou, inovativ. Ceea ce ne propunem este realizarea unei inovaii de proces.1.2. ContextCe sunt biocombustibilii?Criza mondial de energie din ultimul timp a pus pe jar comunitatea tiinific internaional. Preul ieiului este tot mai greu de controlat. De aceea, trebuie cutate noi metode de a obine combustibili pe cale natural. Se pare c soluia cea mai bun o reprezint nlocuirea combustibililor convenionali, fosili cu combustibili obinui din surse regenerabile. Acetia se numesc biocombustibili i deja s-a nceput procesul de substituire treptat a combustibililor convenionali cu acest nou tip de carburant. Din ce se pot obin biocombustibilii? Dup cum o spune i definiia lordin resurse regenerabile, adic dintr-o materie prim care poate fi refcut permanent.

Tabelul 1.1. Principalele tipuri de biocombustibili

Fig.1.1. Principalele domenii industriale care utilizeaz n-butanol

Se pune ns ntrebarea: care din izomerii prezentai mai sus se poate obine prin fermentaie din biomas?

n-Butanolul este produsul major care se obine prin fermentaie conform procedeului ABE.izo-Butanolul poate fi obinut prin fermentaie alcoolic, dar n cantiti mici. Exist ns i bacterii modificate genetic care pot produce acest izomer cu randamente ridicate (60 g/L).sec-Butanolul nu poate fi obinut direct prin fermentaie, dar se obine 2,3-butandiolul care este deshidratat la MEK i apoi hidrogenat la 2-butanol.ter-Butanolul nu se poate obine prin fermentaie prin nici una din metodele cunoscute.Datorit progreselor obinute n ingineria genetic, ingineria metabolic i n utilizarea unor materii prime ieftine, biosinteza butanolului cunoate un avnt deosebit dup 2008 i se presupune c n 2015 va substitui complet sinteza butanolului pe cale petrochimic (vezi fig.1.2.).Fig. 1.2. Evoluia produciei industriale a biobutanolului [36, 37]

Avantajele prezentate de utilizarea biobutanolului n calitate de combustibil sunt urmtoarele:Butanolul conine 4 atomi de carbon n molecul, comparativ cu 2 atomi de carbon n etanol, fapt ce conduce la o densitate energetic mult mai mare (tab.1.2).Butanolul are o volatilitate de 6 ori mai mic dect etanolul i de 13,5 ori mai mic dect benzina.Cifra octanic este apropiat de cea a benzinei (tab.1.2) i nu necesit modificri ale motoarelor cu ardere inten, att pentru amestecurile cu benzin, ct i pentru utilizarea biobutanolului 100% .Poate fi utilizat n amestec cu combustibilii diesel.Poate fi amestecat cu benzina sau motorina n orice proporie, chiar n rafinrie.Prezint o presiune de vapori mult mai mic comparativ cu benzina i etanolul.Este mult mai puin hidrofil comparativ cu etanolul.Poate fi manipulat n infrastructura petrolier existent, inclusiv transportul prin conducte.Este mult mai puin susceptibil de separare din amestecurile cu benzin n prezena apei comparativ cu amestecurile benzin/etanol, ceea ce uureaz realizarea amestecurilor, stocarea i transportul blendelor cu benzin.Butanolul este mult mai puin coroziv dect etanolul.Impactul cu mediul este redus deoarece biobutanolul este biodegradabil.Eliminare redus de gaze (CO, NOx etc).Se obine din materii prime regenerabile.Att n-butanolul ct i izo-butanolul prezint caracteristici combustibile foarte bune.Biobutanolul are un numr de sinergisme cu bioetanolul [35]:Biobutanolul se obine din aceleai materii prime agricole ca i etanolul (porumb, trestie de zahr, sfecl de zahr, gru, sorg, cassava etc).Capacitile de producie existente pentru etanol pot fi adaptate cu uurin i cu costuri minime pentru producia biobutanolului (modificri minore n procesul de fermentare i separare).Datorit presiunii de vapori sczute poate fi coamestecat cu benzin i etanol, faciliznd amestecarea etanolului cu benzina.

Dezavantajele prezentate de utilizarea biobutanolului n calitate de combustibil.Aceste dezavantaje ale biobutanolului pot fi sumarizate astfel:Toxicitate mult mai ridicat comparativ cu etanolul.Separarea butanolului din amestecul rezultat prin fermentaie este mai complex, necesitnd echipamente specifice.n anumite situaii poate avea un efect negativ asupra polimerilor i a unor metale cu care vine n contact.

Fig.1.3. Schema unei baterii de fermentaie de la Dokshikino 1 vas pentru prepararea mediului de fermentaie; 2 prenclzitor; 3 separator de solide; 4 pomp centrifug; 5 nclzitor tip coloan; 6 vas de sterilizare sub presiune; 7 separator; 8 rcitor; 9 vas pentru nsmnarea enzimelor; 10 baterie de reactoare de fermentaie; 11 vas de diluare a melasei sau hidrolizatului; P mediu de cultur; M melas; H hidrolizat; PF produsul procesului de fermentaie.1.4. Fotografia unei biorafinrii

1.3. Etapele proiectului:1) studiul datelor de literatur cu privire la obinerea de biobutanol prin procedee continue, urmat de alegerea unei variante tehnologice optime.2) proiectarea unei instalaii pilot pentru obinerea butanolului n regim continuu, folosindu-ne de experiena avut la proiectele anterioare. De asemenea ne vom folosi i de enzimele sintetizate la proiectele anterioare.3) realizarea documentaiei de execuie a sistemului.4) montajul i testarea unei instalaii pilot pentru obinerea biobutanolului n regim continuu.Partenerii implicai n proiect sunt urmtorii: firma Biobutanolsint SRL(coordonator-CO), Universitatea Politehnica din Bucureti (partenerul 1-P1), ICECHIM (partenerul 2-P2).

1.4. Activiti planificate a se realiza

Total=1.872.724 lei

Plan de realizare a proiectului

1.5. Rezultate anticipateScopul proiectului este obinerea de biobutanol n regim continuu. Ideea ce st la baza proiectului este inovarea de proces.

Proiectare, documentareRealizarea instalaieiOperarea instalaieiReducerea riscului de poluare a mediului

1.6. Poteniali beneficiari ai proiectuluiAa cum am afirmat mai sus, grupurile cointeresate de sinteza biobutanolului ar fi urmtoarele:-productorii de biocombustibili-productorii agricoli-productorii de echipamente de proces-distribuitorii de combustibili-companiile de transport autoNu trebuie omis faptul c n 2020, n UE, benzina va trebui s conin 20% bioetanol (iar biobutanolul se va dovedi un bun nlocuitor al acestuia) [8]. Aceasta n condiiile n care n 2009 procentul era de numai 4%.Proiectul este ns util i instituiilor de nvmnr superior, att din domeniul tehnic (UPB, UPG) ct i din domeniul economic. De asemenea, ali beneficiari ai proiectului sunt institutele de cercetare (ICECHIM), cele de proiectare n domeniul petrochimic (IPIP, Petrodesign, Iprochim etc).

1.7. Dezvoltarea durabil

1. Creterea gradului de cunoatere i utilizare de noi tehnologii chimice durabile cu aplicabilitate la producerea de biobutanol cu materii prime diversificate, n mediul rural;2. Introducerea unor soluii eficiente de conducere prin utilizarea unor sisteme integrate, cu strategii avansate de control i management automat (cu oprire n siguran a instalaiilor n situaii de risc-hazard);3. Producerea de surse energetice alternative, bazate pe produse ecologice, concomitent cu reciclarea produselor vegetale; 4. Protejarea mediului nconjurtor i impact social favorabil.

1.8. Egalitatea de sanseEchipa este format din 20 de oameni (12 de la Biobutanolsint SRL, 5 de la UPB i 3 de la ICECHIM). Dup cum se poate observa, proporia de brbai i femei este egal (10 brbai-50% i 10 femei-50%). De asemenea, 7 persoane au vrsta de pn la 25 de ani-35% (iar 6 dintre eu sunt tineri absolveni, 6 din acetia sunt masteranzi, iar 3 sunt doctoranzi). O persoan este student (asistentul manager). Mai trebuie s precizm c 7 persoane (35%) au vrsta de peste 50 de ani, iar ele se regsesc att printre personalul de conducere (3-adic 15%), dar i n rndul celor de execuie (3-deci 15%). O persoan dintre cele trecute de 50 de ani este cercettor.