ΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ«ΜΕΡΑ » ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΠΡΟΤΑΣΗ

Transcript

1 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ «ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΩΝ ΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΣΤΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΗΣ ΚΥΠΡΟΥ» ΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΜΑΘΗΤΕΣ ΣΤΗΝ ΕΡΕΥΝΑ «ΜΕΡΑ » ΣΧΟΛΕΙΟ: Λύκειο Αρχαγγέλου «Απόστολος Μάρκος»

2 ΜΕΡΟΣ Α Τυπικά στοιχεία της ερευνητικής πρότασης Α.1. Τίτλος Παραγωγή βιοπετρελαίου από φυτικά τηγανέλαια, έλεγχος ποιότητας βιοπετρελαίου σε σύγκριση µε του δείκτες του ορυκτού πετρελαίου και αξιοποίηση υποπροϊόντων παραγωγής βιοπετρελαίου (γλυκερίνη). Α.2. Θεµατική Ενότητα Ενέργεια (Βιοκαύσιµα) Α.3. Στοιχεία Ερευνητικής Πρότασης Α.3.1. Ονόµατα Μαθητών (σε περίπτωση τµήµατος ( ηµοτικού Σχολείου) παρακαλώ αναγράψετε στον αριθµό 1. το Τµήµα ) 1. Λούκας Θεοδώρου 2. Αιµίλιος Νικολάου 3. Ραφαήλ Κωνσταντίνου 4. Χρίστος Σάββα 6. Χριστοφή Μιχάλης Α.3.2. Όνοµα συντονιστή/ών εκπαιδευτικού/ών Α.3.3. Όνοµα ιευθυντή Σχολείου Α.3.4. Σχολείο Πλήρης ταχυδροµική διεύθυνση 1. Μιχάλης Ιερείδης 2.Κώστας Λοϊζου Ηλίας Χαννατζιάς Λύκειο Αρχαγγέλου «Απ. Μάρκος» Αγίου Μελετίου 25 Τ.Τ. 2055, Αρχάγγελος, Λευκωσία. Τηλέφωνο / Κινητό , Τηλεοµοιότυπο Ηλεκτρονικό Ταχυδροµείο ( ) Α.3.5. Έµπειρος/οι ερευνητής/ές 1. Μιχάλης Λοϊζίδης apostolosmarcos@cytanet.com.cy Οργανισµός / Στοιχεία Επικοινωνίας 1. ISOTECH LTD Ερευνητές Περιβάλλοντος 2 Κυριακή ηµητρίου 1

3 Α.3.6. Σύντοµη περιγραφή της ερευνητικής εργασίας (Σκοπός και σηµασία της έρευνας, προτεινόµενη µεθοδολογία) Σκοπός της έρευνας: Σε συνέχεια της προηγούµενης ερευνητικής εργασίας η σχολική µονάδα παράγει βιοπετρέλαιο από φυσικές και χηµικές διεργασίες. Η έρευνα συνεχίζεται για λεπτοµερή έλεγχο της ποιότητας του βιοπετρελαίου και αξιοποίησης των υποπροϊόντων (γλυκερίνης). Σηµασία της έρευνας: Βελτίωση της ποιότητας του βιοπετρελαίου σε σχέση µε τις αέριες εκποµπές καύσης προς το περιβάλλον. Σύγκριση δεικτών /χαρακτηριστικών βιοπετρελαίου µε ορυκτό πετρέλαιο. Αξιοποίηση και χρησιµότητα υποπροϊόντων. Συγκριτική οικονοµική ανάλυση παραγοµένων (βιοπετρελαίου και υποπροϊόντων) µε το ορυκτό πετρέλαιο. Προτεινόµενη µεθοδολογία: Εξεύρεση του απαραίτητου εξοπλισµού που αναβαθµίζει την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Εξοπλισµός: Υπάρχων εξοπλισµός παραγωγής βιιοπετρελαίου, Μηχανισµός καύσης πετρελαίου (πετρελαιογεννήτρια), οχεία ανάµιξης και αντίδρασης, Αναδευτήρες, Θερµαντήρας, Φίλτρα κ.α. Αριστοποίηση µεθόδου παραγωγής βιοπετρελαίου µέσω µέτρησης των χαρακτηριστικών ποιότητας καυσαερίων-καύσης. ιερεύνηση µεθόδων αξιοποίησης υποπροϊόντων: Κοµποστοποίηση γλυκερίνης. Χρήση για την παραγωγή προϊόντων. Αντικατάσταση χηµικών παραγωγής βιοκαυσίµου µε φιλικότερα προς το περιβάλλον. Κοστολόγηση και συγκριτική οικονοµική ανάλυση των παραγοµένων (βιοπετρελαίου & γλυκερίνης) συµπεριλαµβανοµένου της κερδοζηµιάς από την αξιοποίηση των υποπροϊόντων µε το συµβατικό πετρέλαιο. 2

4 Β5-Β12 Ερευνητική Εργασία Β.5. Περίληψη Περίληψη: Το βασικό πρόβληµα που διερευνήθηκε ήταν o έλεγχος ποιότητας βιοπετρελαίου σε σύγκριση µε του δείκτες του ορυκτού πετρελαίου και αξιοποίηση υποπροϊόντων παραγωγής βιοπετρελαίου (γλυκερίνη) στα πλαίσια της συνέχισης της παραγωγής βιοπετρελαίου στη σχολική µονάδα από τηγανέλαια (φυτικά έλαια) που προµηθεύουν οι µαθητές, καθηγητές και οι καθαρίστριες της σχολικής µονάδας. Στο συγκεκριµένο θέµα καταλήξαµε µετά τον ενθουσιασµό που υπήρξε την προηγούµενη χρονιά σε σχέση µε την παραγωγή βιοπετρελαίου στο σχολείο µας. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι: Ο προσδιορισµός των ενεργειών που πρέπει να γίνουν και ο εντοπισµός των παραµέτρων έτσι ώστε το τελικό προϊόν (βιοπετρέλαιο) να είναι άριστης ποιότητας και σύµφωνα µε τις προδιαγραφές ΕΝ14214 & ASTMD975. Η αξιοποίηση των υποπροϊόντων (γλυκερίνης) που προέρχονται κατά την παραγωγή βιοπετρελαίου, είναι ο προσδιορισµός λύσεων - προτάσεων έτσι ώστε να υπάρξει πλήρης χρησιµότητα της γλυκερίνης, η οποία αποτελεί περίπου το 20% στην όλη παραγωγική διαδικασία. Επιδιώχθηκε βέβαια η πολύπλευρη αξιοποίηση της γλυκερίνης όπως: η παραγωγή σαπουνιού για κάλυψη µερικών αναγκών της σχολικής µονάδας, η κοµποστοποίηση για σκοπούς εδαφοβελτίωσης/λίπανσης του σχολικού κήπου και δόθηκε πρόταση για παραγωγή γλυκερίνης για φαρµακευτικούς σκοπούς. Η κοστολόγηση και η συγκριτική οικονοµική ανάλυση των παραγοµένων (βιοπετρελαίου & γλυκερίνης) συµπεριλαµβανοµένου της κερδοζηµιάς από την αξιοποίηση των υποπροϊόντων µε το συµβατικό πετρέλαιο. Η έρευνα στηρίχθηκε στη συλλογή στοιχείων µε τη χρήση εργαλείων από την ποιοτική έρευνα και την πειραµατική έρευνα. Σε πρώτο στάδιο έγινε βιβλιογραφική έρευνα για τη συλλογή πληροφοριών σε σχέση µε την αριστοποίηση του προϊόντος και αξιοποίησης των υποπροϊόντων. Συγκεντρώθηκαν στοιχεία κυρίως από το διαδύκτιο, από µελέτες, άρθρα και πηγές. Στη συνέχεια µε τη µέθοδο των επιτόπιων επισκέψεων σε βιοτεχνίες, εργαστήρια και ανθρώπους συγκεντρώσαµε δεδοµένα µέσα από συνεντεύξεις, επιτόπιες παρατηρήσεις και πειράµατα που διενεργήσαµε. 3

5 Από την ανάλυση των αποτελεσµάτων προκύπτει ότι η βελτιστοποίηση του βιοπετρελαίου καλύπτει: Α) Την ανάγκη για καλύτερο περιβάλλον µείωση των ρύπων κατά την καύση (µηχανές εσωτερικής και εξωτερικής καύσης). Β) Την µείωση ή ακόµη και απεξάρτηση από την χρήση νερού κατά την πλύση του, µε στόχο την εξοικονόµηση νερού. Γ) Την καλύτερη προστασία των πετρελαιοκινητήρων, ιδιαίτερα των λαστιχένιων αγωγών, ποµπών πετρελαίου, εγχυτήρων καύσης, δακτυλιδιών κά. Τα αποτελέσµατα της εργασίας σε σχέση µε την αξιοποίησης των υποπροϊόντων έδειξαν ότι µπορεί να αξιοποιηθεί πλήρως η γλυκερίνη, είτε σε σαπουνοποίηση, είτε σε κοµποστοποίηση ή και σε πρόταση για µετατροπή της σε φαρµακευτική γλυκερίνη. Η αντικατάσταση του καταλύτη (NaOH, καυστική σόδα) µε καταλύτη (KOH, ποτάσσα) έχει σαν αποτέλεσµα να έχουµε υποπροϊόν (γλυκερίνη) φιλικότερο στο περιβάλλον. Τα οικονοµικά αποτελέσµατα της εργασίας σε σύγκριση µε τις τιµές του ορυκτού πετρελαίου µε το βιοπετρέλαιο-γλυκερίνη, µας αποτυπώνουν την διαφορά τιµής ανά λίτρο, που σηµαίνει ότι µπορεί να συµβάλουµε στην εξοικονόµηση χρηµάτων και συναλλάγµατος λόγω των αυξηµένων διεθνών τιµών του πετρελαίου. Τα συµπεράσµατα αποτυπώνονται µέσα από τις πληροφορίες που πήραµε στο διαδύκτιο, βιβλιογραφία, συνεντεύξεις και στα πειράµατα που ενεργήσαµε τα οποία εντάσσονται στην περιβαλλοντική ανάγκη της ανακύκλωσης των χρησιµοποιηµένων φυτικών ελαίων χωρίς οποιαδήποτε απόβλητα και µε πλήρη σεβασµό στο περιβάλλον. B.6. Περιγραφή της ερευνητικής εργασίας B.6.1. Εισαγωγή θέση του προβλήµατος: Η συγκεκριµένη έρευνα προέκυψε ως αποτέλεσµα του γενικότερου προβληµατισµού που αναπτύσσεται τόσο σε διεθνές, όσο και σε εθνικό επίπεδο για τα βιοκαύσιµα και την ανακύκλωση. Η υιοθέτηση µέτρων στην καθηµερινή ζωή του πολίτη, µέσα από την οποία µπορούν να αντιµετωπισθούν περιβαλλοντικά προβλήµατα που συνδέονται µε την υπερθέρµανση του πλανήτη, την εξάντληση των φυσικών πόρων και τις κλιµατικές αλλαγές. Η προώθηση των βιοκαυσίµων, και πιο συγκεκριµένα του βιοπετρελαίου από χρησιµοποιηµένα φυτικά έλαια ώθησαν την ερευνητική οµάδα της σχολικής µονάδας να εισφέρει στο τοµέα της εισαγωγής νέων τεχνολογιών φιλικών προς το περιβάλλον, µε 4

6 απόλυτο σεβασµό στο περιβάλλον και µε ταυτόχρονη ευαισθητοποίηση της µαθητικής κοινότητας. Η αριστοποίηση του προϊόντος (βιοπετρελαίου) και η αξιοποίηση των υποπροϊόντων συµβάλλει στο να πεισθεί ο Κύπριος πολίτης ότι η ανακύκλωση και των χρησιµοποιηµένων φυτικών λαδιών µας παρέχει προϊόντα τα οποία συµβάλλουν στην Αειφόρο Ανάπτυξη του τόπου. Η παροχή κινήτρων από το Ίδρυµα Ενέργειας σε θέµατα βιοµάζας (βιοκαύσιµα) και η ενθάρρυνση σε ζητήµατα ανακύκλωσης τα οποία συµβάλλουν στην εξοικονόµηση ενέργειας, φυσικών πόρων και χρηµάτων αποτέλεσαν τους βασικούς προβληµατισµούς για τη διεξαγωγή της συγκεκριµένης εργασίας, µέσα από την οποία επιδιώκεται η διερεύνηση της πλήρης αξιοποίησης των χρησιµοποιηµένων φυτικών ελαίων. Επιµέρους στόχοι της ερευνητικής µας εργασίας Α) Η γνώση και κατανόηση σε βάθος από τους µαθητές και καθηγητές των φυσικοχηµικών ιδιοτήτων των πρώτων υλών. Β) Η γνώση και κατανόηση των αρχών που διέπουν τη λειτουργία βασικών διεργασιών µε την περιγραφή της συµπεριφοράς τους (διεύρυνση γνωστικών αντικειµένων-εξοικείωση µε νέες τεχνολογίες). Γ) Η κατανόηση της ανάγκης για ανακύκλωση µε προσφορά στο ζήτηµα της ενέργειας, πιο συγκεκριµένα στην ενέργεια από ανανεώσιµες πηγές, έτσι που να συµβάλουµε στη µείωση της καταστροφής του περιβάλλοντος από την εκµετάλλευση και την ρύπανση που επιτελείται. ) Η κατανόηση των δυνατοτήτων που διαθέτει η σύγχρονη τεχνολογία να προτείνει καινοτόµες και βιώσιµες λύσεις σε χρονίζοντα προβλήµατα (αντιµετώπιση του φαινοµένου του θερµοκηπίου - περιβάλλον). Ε) Η κατανόηση της λειτουργίας των µηχανισµών της σύγχρονης τεχνολογίας. Για παράδειγµα, µε ποιους τρόπους το βιοπετρέλαιο και η γλυκερίνη µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την κάλυψη ενεργειακών αναγκών η και ανθρώπινων αναγκών µε σεβασµό στο περιβάλλον. Ζ) Η ανάπτυξη της δηµιουργικότητας και της επινοητικότητά µας, όπως επίσης και η ανάπτυξη δεξιοτήτων διερεύνησης, παρατήρησης και κριτικής σκέψης µέσα από την προσωπική µας ενασχόληση και τις επιτόπιες επισκέψεις για διερεύνηση του συγκεκριµένου ζητήµατος. Η) Η οµαδοποίηση, η συλλογικότητα και η συνεργασία µαθητών και καθηγητών. 5

7 Η σηµασία της συγκεκριµένης έρευνας: Στα πλαίσια παραγωγής ενέργειας από τη βιοµάζα η προώθηση παραγωγής βιοκαυσίµων και πιο συγκεκριµένα βιοπετρελαίου αποτελεί ένα από τους στόχους της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Μέσα από αυτή τη στόχευση η ερευνητική οµάδα του σχολείου µας προσπάθησε να ενδιατρίψει σε τοµείς που απασχολούν όλη την παγκόσµια κοινότητα που ασχολούνται µε τα βιοκαύσιµα και όχι µόνο, αλλά και τις περιβαλλοντικές οργανώσεις. Η ποιότητα του βιοπετρελαίου είχε δύο στοχεύσεις: Πρώτο δόθηκε έµφαση να παράγεται σύµφωνα µε τις Ευρωπαίκες προδιαγραφές ΕΝ 14214, που σηµαίνει καλύτερη καύση λιγότερα ή καθόλου προβλήµατα στους πετρελαιοκινητήρες. εύτερο δόθηκε έµφαση στις αέριες εκποµπές, ιδιαίτερα στη µείωση των ρύπων. Η εξέταση και σύγκριση των χαρακτηριστικών βιοπετρελαίου µε το ορυκτό πετρέλαιο αποτέλεσαν στοιχεία για προώθηση µέτρων για καλύτερη λειτουργία µηχανών εσωτερικής και εξωτερικής καύσης. Πολύ µεγάλη σηµασία και έµφαση δόθηκε στην αξιοποίηση των υποπροϊόντων έτσι που να τους δοθεί χρησιµότητα για την κοινωνία γενικά και πιο ειδικά για τη σχολική µονάδα µε πλήρη σεβασµό προς το περιβάλλον. ιαπιστώθηκε ότι και οι λίγοι παραγωγοί βιοπετρελαίου στη Κύπρο δεν γνωρίζουν πως θα αξιοποιήσουν τα υποπροϊόντα (γλυκερίνη). Κάποιοι βέβαια τη γλυκερίνη παροχετεύουν στο έδαφος που πιθανώς να µην είναι και η καλύτερη λύση. Βέβαια δεν θα µπορούσε να απουσιάσει µία ενδεικτική µελέτη και έρευνα των κεφαλαιουχικών και λειτουργικών κόστων για την παραγωγή βιοπετρελαίου και γλυκερίνης σε σύγκριση µε το ορυκτό πετρέλαιο. Σπουδαιότητα Καινοτοµία Πρωτοτυπία: Η πρωτοτυπία και η καινοτοµία της ερευνητικής εργασίας µας στηρίζεται στο γεγονός ότι επιχειρείται η εξέταση ενός ιδιαίτερα νέου για τον τόπο µας πεδίου, που είναι το βιοπετρέλαιο και η γλυκερίνη, που µπορούν να αξιοποιηθούν πλήρως µε απόλυτο σεβασµό προς το περιβάλλον. Η παρέµβαση µας στη χρήση του βιοπετρελαίου και της γλυκερίνης που προέρχονται από τα χρησιµοποιηµένα φυτικά έλαια και ΜΟΝΟ αποτελεί τµήµα της γενικότερης προσπάθειας ανακύκλωσης που επιδιώκεται στο τόπο µας. Η σπουδαιότητα της ερευνητικής εργασίας είναι η συµβολή της στη µείωση των ρύπων, στην εξοικονόµηση ενέργειας και στη µείωση αποβλήτων, όπως τα χρησιµοποιηµένα φυτικά έλαια (τηγανέλαια). Τα αποτελέσµατα της εργασίας αυτής, αλλά και γενικότερα το υλικό που έχει διερευνηθεί, µπορούν να αξιοποιηθούν για την ενηµέρωση των πολιτών, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν αυτοκίνητα µε πετρελαιοκίνηση. Σηµαντικό είναι επίσης να αναφέρουµε ότι η συγκεκριµένη έρευνα επιχείρησε να αποτυπώσει τα θεωρητικά 6

8 αποτελέσµατα της έρευνας µε τρόπο πρακτικό. Η δηµιουργία από εµάς τους µαθητές σαπουνιών και κοµπόστας αποτελούν απόδειξη της δυνατότητας χρήσης της γλυκερίνης µε σεβασµό στο περιβάλλον. (βλ. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 17 σελ.54 και ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 23 σελ. 63) Β.6.2. Περιγραφή του θέµατος µέσα από βιβλιογραφική ανασκόπηση. Σύµφωνα µε οδηγία του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συµβουλίου της 8ης Μαΐου 2003, σχετικά µε την προώθηση της χρήσης βιοκαυσίµων ή άλλων ανανεώσιµων καυσίµων για µεταφορές, στην Παράγραφος 12 των Οδηγιών αναφέρεται ότι: καθαρά φυτικά έλαια µπορούν να χρησιµοποιηθούν για παραγωγή βιοκαυσίµων σε ειδικές περιπτώσεις όπου η χρήση τους είναι συµβατή µε τις αντίστοιχες απαιτήσεις εκποµπών. Σύµφωνα µε την Αειφόρο Ανάπτυξη της Ευρωπαϊκής Ένωσης, απαιτείται η διαµόρφωση ενεργειακής πολιτικής σε διεθνές επίπεδο, µε έµφαση την εξοικονόµηση ενέργειας και τη χρήση ανανεώσιµων πηγών ενέργειας, όπως και τα βιοκαύσιµα. Στην χώρα µας η χρήση βιοκαυσίµων έχει εισαχθεί πρόσφατα σε ανάµειξη µε το ορυκτό πετρέλαιο. Συγκεκριµένα ήδη οι εταιρίες πετρελαιοειδών αγοράζουν βιοπετρέλαιο από εταιρία που παράγει µεγάλες ποσότητες στην Κύπρο από τον Νοέµβρη, το οποίο προσµιγνύουν µε πετρέλαιο µέχρι και 5%. Ένας σηµαντικό µέρος της εξοικονόµησης ενέργειας αποτελεί η ανακύκλωση, τµήµα της οποίας αποτελεί και η χρήση βιοπετρελαίου από χρησιµοποιηµένα έλαια (τηγανέλαια). Κατά την διάρκεια της ερευνητικής µας εργασίας στηριχτήκαµε ως επί το πλείστο σε ξένη βιβλιογραφία, καις συγκεκριµένα στην αγγλική γλώσσα. Προµηθευτήκαµε µε ενηµερωτικά φυλλάδια από το ίδρυµα Ενέργειας και σχετικούς συνδέσµους (links) από το περιοδικό BioFuel International. Επιπλέον σε όλη την βιβλιογραφία διαφαίνεται ότι τα βιοκαύσιµα, και συγκεκριµένα το βιοπετρελαίο, µπορεί να συµβάλει σηµαντικά στην µείωση των ρύπων, νοουµένου ότι τα µέσα µεταφοράς χρησιµοποιούν κυρίως ορυκτά καύσιµα. Η χρήση των ενεργειακών φυτών, για παραγωγή βιοκαυσίµων, προβληµατίζει παγκοσµίως, ιδιαίτερα τις περιβαλλοντικές οργανώσεις και τον Οργανισµό Τροφίµων. ιαφαίνεται ότι η παραγωγή ενεργειακών φυτών είναι εις βάρος της παραγωγής των τροφίµων, ιδιαίτερα του ρυζιού και του σιταριού, κάτι το οποίο έχει διπλασιάσει τις τιµές των δύο αυτών προϊόντων. Η ανακύκλωση «φυτικών ελαίων» αποτελεί µια αποτελεσµατική εναλλακτική λύση. Οι σχετικές πληροφορίες παρουσιάζονται στην βιβλιογραφία. 7

9 Β.7. Μεθοδολογία Καθορισµός του πλαισίου διερεύνησης, του τρόπου, όπως και της τεκµηρίωσης. Σε πρώτο στάδιο, στις πρώτες συναντήσεις, χρησιµοποιήθηκε η µέθοδος τη ιδεοθύελλας. Υποβλήθηκαν ερωτήµατα µέσα από τα οποία προσπαθήσαµε να καθορίσουν τους επιµέρους στόχους της µελέτης και τα µέσα διερεύνησης. Μέσα από την καταγραφή των παρατηρήσεων διαµορφώσαµε δύο οµάδες εργασίας, σύµφωνα µε την περιγραφή που ακολουθεί. Βασική πηγή πληροφόρησης ήταν το διαδίκτυο, εφόσον η ελληνική βιβλιογραφία σε αυτό το θέµα είναι σχεδόν ανύπαρκτη, οι πειραµατικές µας παρατηρήσεις και η γνώση και η εµπειρία ειδικών που ασχολούνται µε το θέµα αυτό στην χώρα µας. Σηµαντικές ήταν και οι συναντήσεις µας µε τον επιστηµονικό µας ερευνητή σύµβουλο Μιχάλη Λοϊζίδη, οι οποίες βοήθησαν τόσο σε πρακτικούς ελέγχους, όσο και στην συστηµατοποίηση της έρευνας σύµφωνα µε τους επιδιωκόµενους στόχους. ιαχωρισµός σε οµάδες εργασίας Θεωρήθηκε σκόπιµο, πρακτικό όπως και αποτελεσµατικό, τόσο από τους συντονιστές καθηγητές όσο και από τους συµµετέχοντες µαθητές ο διαχωρισµός µας σε δύο ερευνητικές οµάδες. Ο διαχωρισµός των οµάδων είχε δύο βασικά κριτήρια: α) τις δυνατότητες των µαθητών να διεκπεραιώσουν καθορισµένο έργο, αλλά και των συντονιστών καθηγητών, να παρακολουθούν και να συντονίζουν β) Την επίτευξη των στόχων της έρευνας λαµβανοµένων πάντα των υπαρκτών περιορισµών, αλλά και των περιορισµών που τυχόν θα προέκυπταν κατά τις διαδικασίες της έρευνας. Σύµφωνα µε τα όσα αναφέρθηκαν πιο πάνω προηγούµενα οι οµάδες διαχωρισµού ήταν οι ακόλουθες: Α οµάδα: ύο µαθητές της Β Λυκείου και ένας µαθητής της Α Λυκείου που κάλυψαν την γενική έρευνα σχετικά µε τις πιθανές µεθόδους βελτίωσης της ποιότητας του βιοπετρελαίου. Προφανώς η οµάδα αυτή καταπιάστηκε µε την σχετική µε το θέµα αυτό βιβλιογραφία και µε τις παρατηρήσεις που έγιναν από εξειδικευµένα µηχανήµατα ποιοτικού ελέγχου του βιοπετρελαίου (όπως π.χ. αναλυτή καυσαερίων). Β οµάδα: ύο µαθητές της Β Λυκείου και ένας µαθητής της Α Λυκείου, οι οποίοι ανέλαβαν την σχετική έρευνα σε βιβλιογραφία, αλλά και συνεντεύξεις από ειδικούς, για τον 8

10 τοµέα αξιοποίησης των υποπροϊόντων, όπως επιπλέον και την κοστολόγηση και συγκριτική οικονοµική ανάλυση των παραγοµένων. Πρόσθετα, η οµάδα αυτή ανέλαβε την κατασκευή σαπουνιού και την παραγωγή κοµπόστας(compost). Επεξεργασία εδοµένων Τα ευρήµατα της κάθε ξεχωριστής οµάδας, σύµφωνα µε το αντικείµενο τη ερευνητικής ή διερευνητικής ενασχόλησης, καταθέτονταν στο τραπέζι των εβδοµαδιαίων συναντήσεων, όπου τύγχαναν συζήτησης από το σύνολο της οµάδας, κάτι το οποίο αποτελούσε την επεξεργασία και την τελική ανάλυση. Η διασταύρωση των ευρηµάτων µε υπάρχουσες εµπειρίες αποτελούσε απαραίτητο στοιχείο τεκµηρίωσης και εφαρµογής πριν καταλήξει ο οµάδα σε τελικά συµπεράσµατα. Στο πλαίσιο αυτό έγιναν επισκέψεις στο Βιοµηχανικό Χώρο Αραδίππου, στην Βιοµηχανική Περιοχή Εργατών, όπως και σε Βοιµηχανία Παραγωγής Σαπουνιών που εδρεύει στην Λευκωσία. Απαραίτητο στοιχείο της επιστηµονικής τεκµηρίωσης ήταν και η πειραµατική εργασία. Στο πλαίσιο αυτό, όπως αναφέρθηκε και προηγούµενα, έγινε παραγωγή βιοπετρελαίου καλύτερης ποιότητας και υψηλότερων προδιαγραφών, όπως επίσης παραγωγή σαπουνιού µε γλυκερίνη που αφαιρέθηκε από την διαδικασία παραγωγής του βιοπετρελαίου ως υποπροϊόν, αλλά και παραγωγή κοµπόστας (compost) για εδαφοβελτίωση. Περιορισµοί της έρευνας Στο σηµείο αυτό θα πρέπει να τονισθεί ότι κάποιοι από τους περιορισµούς ξεπεράστηκαν µέσα από διερεύνηση, όπως για παράδειγµα η εύρεση τεχνικών µέσων για µερικούς ελέγχους και πειράµατα. Αντιθέτως άλλοι περιορισµοί δεν επέτρεψαν την περαιτέρω διερεύνηση του θέµατος, όπως για παράδειγµα η αξιοποίηση της γλυκερίνης για φαρµακευτική χρήση, κάτι το οποίο απαιτεί υψηλό κεφάλαιο, τεράστια επίγνωση του θέµατος, αλλά και πολλά µέτρα ασφαλείας. Η πρακτική µας εµπειρία απέδειξε ότι δεν υπάρχει ο επιθυµητός χρόνος για µια πιο αποτελεσµατική έρευνα λόγω των περιορισµών του αναλυτικό προγράµµατος, όπως και του αυξηµένου όγκου εργασίας των καθηγητών αλλά και των µαθητών. Η συγκέντρωση της οµάδας σε εβδοµαδιαία βάση αποτελούσε µια πρόκληση, για αυτό άλλωστε πολλές ήταν και οι συναντήσεις µας εκτός των ωρών της κανονικής λειτουργίας του σχολείου για τους µαθητές, εντός αλλά και εκτός σχολικού χώρου. Οι οικονοµικές ανάγκες της αγοράς της ντιζελογεννήτρια που χρησιµοποιήθηκε για τις µετρήσεις εκποµπών, καλύφθηκαν µέσα από επιδότηση του Συνδέσµου Γονέων, όπως 9

11 επίσης και από το σχετικό ταµείο του σχολείου για τεχνολογικά θέµατα. Περιορισµός ήταν ακόµη και η ανοµοιογένεια των µαθητών, ως προς τις δυνατότητες και τις γνώσεις, που ξεπεράστηκε µε τον διαχωρισµό στις δύο επί µέρους οµάδες. Επιπλέον, ακόµη ένας ανασταλτικός παράγοντας ήταν και η σχεδόν ανύπαρκτη σχετική βιβλιογραφία στα ελληνικά. Έτσι η επεξεργασία των δεδοµένων κατέστη πιο κοπιαστική εφόσον η σχετική ορολογία στα αγγλικά πολλές φορές δηµιουργούσε δυσκολίες στην µετάφραση της στα ελληνικά. Β.8. Αποτελέσµατα Πιο κάτω παρουσιάζονται τα ερωτήµατα που έχουν απαντηθεί ως µέρος της µεθοδολογίας που έχει αποφασισθεί. ΟΜΑ Α Α Ερωτήµατα: Ποια είναι τα βήµατα που µπορούν να ληφθούν σχετικά µε την προ-επεξεργασία του λαδιού που θα χρησιµοποιηθούν στην παραγωγή; Τα φυτικά λάδια περιέχουν υψηλά επίπεδα ελεύθερων λιπαρών οξέων, υγρασίας καθώς επίσης στερεών και άλλες ακαθαρσίες, οι οποίες µπορούν να αποµακρυνθούν χρησιµοποιώντας τις σωστές διαδικασίες διήθησης (φιλτραρίσµατος). Σύµφωνα µε την βιβλιογραφία εάν χρησιµοποιηθεί λάδι που περιέχει υψηλές ποσότητες νερού ή υπερβολικά ελεύθερα λιπαρά οξέα, τότε θα παραχθεί λιγότερο βιοπετρέλαιο και περισσότερο σαπούνι κατά την αντίδραση. Η απάντηση στην ερώτηση «πόσο πολύ» µπορεί να είναι το νερό ποσοτικά, δίνεται µε την αναλογία 5%-10%. Για να έχουµε υψηλής ποιότητας βιοπετρέλαιο πρέπει να λάβουµε διάφορα µέτρα προετοιµασίας σχετικά µε το λάδι που θα χρησιµοποιηθεί. (Οι παράµετροι που πρέπει να ληφθούν υπόψη: ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 4 σελ. 32) Επιπλέον το λάδι µπορεί να προθερµανθεί µε σκοπό την πλήρη υγροποίηση του. (Για πληροφορίες σχετικά µε την προ-θέρµανση του λαδιού: ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 6 σελ. 36) Μπορεί να τροποποιηθεί η διαδικασία αντίδρασης, για βελτιστοποίηση του τελικού προϊόντος και αξιοποίηση υποπροπροϊόντων; Σύµφωνα µε την βιβλιογραφία και την δική µας εµπειρία ο καταλύτης NaOH που χρησιµοποιείται κατά την διαδικασία αντίδρασης µπορεί να αντικατασταθεί από ένα άλλο 10

12 καταλύτη, το KOH. Το υδροξείδιο καλλίου (KOH) φαίνεται ότι είναι πιο αποδοτικό για την παραγωγή βιοπετρελαίου. Αυτό συµβαίνει επειδή τα υπολείµµατα καλλίου που υπάρχουν στην γλυκερίνη βοηθούν στην κοµποστοποίηση της, καθιστώντας την σε υγρή µορφή. (Για σχηµατικό διάγραµµα της αντίδρασης: ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 2 σελ.30) Είναι η πλύση αναγκαίο στάδιο στην διαδικασία παραγωγής; Εάν ναι, τότε ποιός είναι ο καλύτερος τρόπος για την πλύση του τελικού προϊόντος και ποιοι παράγοντες πρέπει να ληφθούν υπόψη; Έπειτα από κάθε παραγωγή στο τελικό προϊόν παραµένουν διάφορα υπολείµµατα, ανεξαρτήτως της ποιότητας του λαδιού που χρησιµοποιήθηκε ή της ποιότητας της αντίδρασης που προηγήθηκε. Τα υπολείµµατα περιλαµβάνουν (πρώτιστα) σαπούνι, ένα µικρό ποσό υπολειµµάτων µεθανόλης και κάποια ελεύθερη γλυκερίνη. Κατά την προϋπάρχουσα µελέτη η πλύση µπορεί να γίνει αµέσως µετά την αποµάκρυνση της γλυκερίνης, έπειτα από την αντίδραση. Σύµφωνα µε την εµπειρία µας έχουµε καλύτερα αποτελέσµατα κατά την πλύση, εάν αυτή γίνει τουλάχιστον 2-3 φορές, έτσι ώστε το σαπούνι και η ελεύθερη γλυκερίνη που υπάρχει στο παραγόµενο προϊόν να µπορούν να αποβληθούν ευκολότερα µε το νερό. Επίσης µε σκοπό την βελτιστοποίηση της πλύσης µε νερό, έχει αγοραστεί φίλτρο νερού που αφαιρεί το ασβέστιο από το νερό, πριν από την διαδικασία της πλύσης. Έπειτα από έρευνα συγκεντρώσαµε τις µεθόδους πλύσεις που µπορούν να χρησιµοποιηθούν για να καθαριστεί το παραγόµενο βιοπετρέλαιο από διάφορα υπολείµµατα κατά το τελικό στάδιο της παραγωγής του. Οι µέθοδοι αυτοί, που µπορούν να χρησιµοποιηθούν, υπάγονται σε δύο κατηγορίες: κατηγορία Wet Wash και κατηγορία Dry Wash. ( Μέθοδοι Καθαρισµού: ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 8 σελ.38) Επιπλέον, εναλλακτικές λύσεις είναι και η χρήση του MAGNESOL (Πυριτικό Άλας Μαγνησίου) και η χρήση του Eco 2Pure (που αποτελούν µεθόδους ξηρής πλύσης). Στο Σχολείο µας χρησιµοποιούµε την µέθοδο Υδρονέφωσης (Mist Wash) αλλά λαµβάνοντας υπόψη τις περικοπές νερού δυσχεραίνουν τη διαδικασία. Το κατά πόσο το σύστηµα καθαρισµού που χρησιµοποιούµε λειτουργεί αποδοτικά, µπορεί να αποφανθεί 11

13 µε µια σειρά ελέγχων ( ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 10 σελ.44 ). Άρα συµπεραίνουµε ότι η πλύση είναι άκρως αναγκαίο στάδιο στην διαδικασία παραγωγής. (Μια γενική αξιολόγηση των µεθόδων βρίσκεται στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 9 σελ.43) Υπάρχουν εναλλακτικές µέθοδοι ξήρανσης; Εκτός από την µέθοδο θέρµανσης του βιοπετρελαίου, µια άλλη εναλλακτική λύση είναι και η χρήση ανεµιστήρα θερµού αέρα. Πώς µπορεί να επιταχυνθεί / βελτιστοποιηθεί η διαδικασία ξήρανσης του τελικού προϊόντος; Έπειτα από έρευνα έχει διαπιστωθεί ότι υπάρχουν διάφοροι τρόποι να επιταχυνθεί η διαδικασία ξήρανσης του τελικού προϊόντος Μερικοί από αυτούς συµπεριλαµβάνουν: Αύξηση του ποσού βιοπετρελαίου που έρχεται σε επαφή µε τον αέρα (µπορεί να χρησιµοποιηθεί µεγαλύτερος ανοικτός αποθηκευτικός χώρος / δεξαµενή) Αύξηση της κίνησης του αέρα γύρω από τον αποθηκευτικό χώρο ( ένας ανεµιστήρας µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να κινεί τον αέρα.) Αύξηση της θερµοκρασία του αέρα (ο θερµός αέρας µπορεί να κρατήσει περισσότερο υδρατµό από ότι ο κρύος αέρας.) ιοχέτευση αέρα στο βιοπετρέλαιο σε µορφή φυσαλίδων. Ενόσω η σχετική υγρασία δεν είναι πάρα πολύ υψηλή, ο απλός ψεκασµός µέσω του αέρα έχει την δυνατότητα να ξεράνει το βιοπετρέλαιο σε περίπου µια ώρα. Όµως εάν η σχετική υγρασία είναι πάρα πολύ υψηλή τότε το βιοπετρέλαιο θα θερµανθεί. Οι υψηλότερες θερµοκρασίες θα επιταχύνουν τα πράγµατα αν και δεν υπάρχει καµία ανάγκη να ξεπεραστεί το σηµείο βρασµού του νερού. Η θέρµανση του βιοπετρελαίου στους 110 C (230 F) και έπειτα η κυκλοφορία του υγρού στη µηχανή παραγωγής για περίπου µια ώρα είναι αρκετά για να καθαριστεί και το υγρότερο βιοπετρέλαιο. Χρειάζεται να στιλβωθεί το βιοπετρέλαιο; Εάν ναι, τότε γιατί; Η τελική στίλβωση του βιοπετρελαίου είναι απαραίτητη, γιατί εξασφαλίζει την καθαρότητα του βιοκαυσίµου, µόλις πλυθεί, αφού αφαιρεί τους µικροσκοπικούς 12

14 µολυσµατικούς παράγοντες αόρατους στο γυµνό µάτι, οι οποίοι θα µπορούσαν να οδηγήσουν σε σοβαρή ζηµία µηχανών. Το στάδιο της στίλβωσης επιβεβαιώνει ότι το βιοπετρέλαιο που παράγεται είναι καθαρό και ξηρό. Σε περίπτωση που το τελικό προϊόν δεν είναι αρκετά καθαρό, τότε προβλήµατα µπορούν να προκύψουν κατά την καύση του. (ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 12 σελ.46). Επιπλέον πακέτα ελέγχου βιοπετρελαίου (tets kits) µπορούν να χρησιµοποιηθούν για να επιβεβαιωθεί η καθαρότητα και η ετοιµότητα του για καύση. (ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 11 σελ.45). Το βιοπετρέλαιο που ήδη παράγεται τηρεί τις διάφορες προϋποθέσεις / απαιτήσεις εκποµπών που καθορίζει η Ευρωπαϊκή Ένωση; Με σκοπό να εξετάσουµε το πρώτο ερώτηµα η οµάδα µας κατέφυγε στον έλεγχο ποιότητας δείγµατος βιοπετρελαίου µας, σε ειδικό καυστήρα. Αφού, λοιπόν, ελέγξαµε το τελικό προϊόν βιοπετρελαίου µας σε συνάρτηση µε τις απαιτήσεις εκποµπών που έχει καθορίσει η Ευρωπαϊκή Ένωση (ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 σελ.31) καταλήξαµε στο ότι πραγµατικά οι εκποµπές ρύπων κατά την καύση βιοπετρελαίου είναι µειωµένες σχετικά µε το πετρέλαιο. (Για αναλυτικούς πίνακες σύγκρισης και επιπλέον σχόλια: ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 13 σελ.47) Επιπλέον µέσα από την έρευνά µας εντοπίσαµε στοιχεία αναλύσεων σχετικά µε το βιοπετρέλαιο γνωστής αλυσίδας καταστηµάτων-εστιατορίων, η οποία επιθυµεί να κρατηθεί η ανωνυµία της για ευνόητους λόγους. Η ανάλυση έγινε µετά από φιλτράρισµα λόγω της υψηλής υγρασίας του αρχικού προϊόντος. Επιπλέον έχει βρεθεί ότι το σηµείο ανάφλεξης του βιοπετρελαίου της συγκεκριµένης εταιρίας είναι αισθητά χαµηλότερο ( 78 C ) σε σχέση µε το κατώτατο επιτρεπτό όριο (120 C). Επιπλέον η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες (26 mg / kg) υπερβαίνει το όριο καθώς φαίνεται (24 mg / kg). Πρόσθετα η ρευστότητα του βιοπετρελαίου στους 40 C (3,50-5,00 cst) ξεπερνάει το αναµενόµενο ανώτατο όριο (5,53 cst) αλλά και το αποτρεπτικό κόστος για αυτού του είδος ελέγχου ξεπερνάει τις δυνατότητές µας ( 480). (Αντίγραφο της ανάλυσης στο ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 14 σελ.49) 13

15 ΟΜΑ Α Β Ερωτήµατα: Ποια υποπροϊόντα έχουµε στη διάθεση µας; Τα υποπροϊόντα που έχουµε στη διάθεση µας είναι η γλυκερίνη, η οποία έχει µεγάλη περιεκτικότητα σε µεθανόλη, η οποία µπορεί επίσης να υποστεί επεξεργασίας. Τι είναι η Μεθανόλη; Η µεθανόλη είναι µια οργανική ένωση που σχηµατίζεται κατά την ξηρή απόσταξη των ξύλων είναι υγρό, άχρωµο, δηλητηριώδες, µε ελαφριά µυρωδιά και µπορεί να σχηµατίσει µείγµα µε το νερό. Τι είναι η Γλυκερίνη; Η γλυκερίνη είναι µια από τις πιο πολύπλευρες και πολύτιµες χηµικές ουσίες που είναι γνωστές στον άνθρωπο, εφόσον διαθέτει ένα µοναδικό συνδυασµό από φυσικές και χηµικές ιδιότητες. Επιπλέον, η γλυκερίνη είναι εξαιρετικά σταθερή σε τυπικές συνθήκες αποθήκευσης, συµβατή µε πολλές άλλες χηµικές ουσίες, σχεδόν µη τοξική και µη ενοχλητική στις ποικίλες χρήσεις, χωρίς να έχει γνωστές αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Η γλυκερίνη λαµβάνεται από λίπη, έλαια κατά τη παραγωγή σαπουνιού, λιπαρών οξέων και από την παραγωγή βιοπετρελαίου µε τη µέθοδο της µετεστεροποίησης. Η γλυκερίνη που παράγουµε κατά την µετεστεροποιηση του λαδιού, είναι ακάθαρτη. Η γλυκερίνη περιέχει επιπλέον αρκετή ποσότητα σε σαπούνι,νερό, όπως και χρωµατικές ενώσεις από τα διάφορα τηγανέλαια. Γι αυτó και η γλυκερίνη µας συνήθως έχει χρώµα σκούρο καφέ. Πόση γλυκερίνη παράγεται; Η γλυκερίνη που παράγεται σε κάθε 40 λίτρα τηγανόλαδου είναι 8 λίτρα Ποιοι είναι οι τρόποι αξιοποίησης της Γλυκερίνης; 1) Καθαρή Γλυκερίνη (φαρµακευτικούς σκοπούς): Η καθαρή γλυκερίνη χρησιµοποιείτε σε πολλές τις εφαρµογές ως πρόσθετη ύλη. Η µη τοξικότητα και η συνολική ασφάλεια της γλυκερίνης µπορεί να ωφελήσει σηµαντικά. Η γλυκερίνη χρησιµοποιείται σε πολλά καταναλωτικά προϊόντα, όπως τα παρασκευάσµατα 14

16 προσωπικής φροντίδας, καλλυντικά, φάρµακα και τρόφιµα. Η τεχνολογία για την κατασκευή φαρµακευτικής γλυκερίνης υπάρχει, αλλά από οικονοµική άποψη µπορεί να µην συµφέρει και τόσο λόγω του ότι χρειάζεται µεγάλη αρχική επένδυση και περιέχει και άλλες πολλές ουσίες και χρειάζεται επεξεργασία. Εταιρεία που παράγει µεγάλες ποσότητες βιοπετρελαίου στη Κύπρο (24 τόνους την ηµέρα) διενεργεί τεχνικοοικονοµική µελέτη για αξιοποίηση της γλυκερίνης. Η γλυκερίνη µάλιστα έχει µεγάλη ζήτηση στην αγορά από µεγάλες βιοµηχανίες. Φτάνει µάλιστα το ποσό των 600$ το τόνο ακατέργαστη. 2) Παραγωγή σαπουνιού: Με την χρήση γλυκερίνης µπορούµε να παράγουµε σαπούνια, τα οποία όµως θα διατηρούν διαφορετική συµπεριφορά σε σχέση µε τα υπόλοιπα σαπούνια. Καταρχάς αφαιρείται από την γλυκερίνη οι ποσότητες µεθανόλης που έχουν αποµείνει και στην συνέχεια θερµαίνεται η γλυκερίνη και αναµειγνύεται µε λίπος για να παραχθεί σαπούνι. Σύµφωνα µε την βιβλιογραφία, συνεντεύξεις ειδικών στο θέµα αλλά και την δική µας έρευνα σε σαπουνοβιοµηχανία (ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 15) παρασκευάσαµε τα δικά µας σαπούνια, για χρήση στο σχολείο. Τα σαπούνια που παράχθηκαν έχουν παραχθεί έχουν παρασχεθεί για τις ανάγκες του σχολείου (ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 16). Η Παρασκευή έγινε µε την βοήθεια Οδηγού Παρασκευής που ετοιµάσαµε (ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 15 σελ.50). 3) Κοµποστοποίηση Γλυκερίνης (δηµιουργία compost): Ακόµα µια άλλη εφαρµογή της γλυκερίνης είναι και η χρήση της για παραγωγή compost. Μέσα από βιβλιογραφία αλλά και επισκέψεις µαθητών της οµάδας µας σε βιοµηχανίες καταφέραµε να παρασκευάσουµε το δικό µας compost. (Επίσκεψη στην Βιοµηχανική Περιοχή Εργατών για δηµιουργία του δικού µας compost ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 22 σελ.62) (Για πληροφορίες σχετικά µε την παραγωγή compost: ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 23 σελ.63) 15

17 Β.9. Συµπεράσµατα Β.9.1. Παρουσίαση συµπερασµάτων: Τα συµπεράσµατα της έρευνας συνοψίζονται στον πιο κάτω κατάλογο. Ο κατάλογος αυτός περιέχει στοιχεία-κλειδιά που πρέπει να ληφθούν υπόψη εάν επιζητούµε άριστη ποιότητα βιοπετρελαίου. 1. Τα φυτικά λάδια περιέχουν υψηλά επίπεδα ελεύθερων λιπαρών οξέων, υγρασίας καθώς επίσης στερεών και άλλες ακαθαρσίες, που πρέπει να αποµακρυνθούν χρησιµοποιώντας τις σωστές διαδικασίες διήθησης (φιλτραρίσµατος). 2. Το νερό που περιέχεται στο λάδι πρέπει να κυµαίνεται στην αναλογία 5%-10% 3. Το λάδι πρέπει να προ-επεξεργάζεται έτσι ώστε να οδηγεί σε πιο προβλέψιµες αντιδράσεις και σε περισσότερη συνέπεια κατά τη παραγωγή βιοπετρελαίου. 4. Το λάδι πρέπει να ελέγχεται πριν να συλλεχθεί, για τυχόν παρουσία νερού, ακατέργαστων ουσιών, χρώµατος ή υπολείµµατα τηγανισµένων ψαριών, πατατών, ή κρεάτων. 5. Συνιστάται όπως αφεθεί το λάδι για να κατακαθίσει µερικές εβδοµάδες σε ένα ανοικτό, ζεστό και ξηρό χώρο, πριν την χρήση του στην διαδικασία παραγωγής. 6. Προτείνεται όπως θερµανθεί το λάδι πριν συµπεριληφθεί στην διαδικασία,, ώστε να εξατµιστούν ποσότητες νερού που βρίσκονται σε αυτό, αποτρέποντας δηµιουργία γαλακτώµατος. 7. Το φιλτράρισµα (διήθηση) του λαδιού βοηθάει στην παραγωγή µεγαλύτερης ποσότητας και καλύτερης ποιότητας βιοπετρελαίου, αφού βοηθά το λάδι να αποδεσµευτεί από διάφορα κατάλοιπα και άχρηστες ουσίες που εγκυµονούν κινδύνους στην ποιότητα του τελικού προϊόντος και όχι µόνο. 8. Το φιλτράρισµα µπορεί να γίνει µε την χρήση διαφόρων ειδών φίλτρων. Ο συνδυασµός διαφόρων φίλτρων αυτών κάνει την διαδικασία φιλτραρίσµατος πιο επιτυχή. 9. Ο καταλύτης NaOH µπορεί να αντικατασταθεί από ένα άλλο καταλύτη, το KOH που είναι πιο αποδοτικό για την παραγωγή βιοπετρελαίου. Χρησιµοποιώντας τον καταλύτη αυτό µπορεί να αξιοποιηθεί γλυκερίνη, αφού τα υπολείµµατα καλλίου που υπάρχουν στην γλυκερίνη βοηθούν στην κοµποστοποίηση της. 10. Έπειτα από κάθε παραγωγή στο τελικό προϊόν παραµένουν διάφορα κατάλοιπα ( σαπούνι, µεθανόλης, αλισίβας (lye), και ελεύθερη γλυκερίνη). Για να αποµακρυνθούν τα κατάλοιπα αυτά είναι αναγκαία η πλύση ( «υγρή» ή «ξηρή» ) 16

18 του βιοπετρελαίου. 11. Σύµφωνα µε την εµπειρία µας έχουµε καλύτερα αποτελέσµατα κατά την πλύση, εάν αυτή γίνει τουλάχιστον 2-3 φορές, έτσι ώστε το σαπούνι και η ελεύθερη γλυκερίνη που υπάρχει στο παραγόµενο προϊόν να µπορούν να αποβληθούν ευκολότερα µε το νερό. 12. Εκτός από την µέθοδο θέρµανσης του βιοπετρελαίου για σκοπούς ξήρανση, µια εναλλακτική λύση είναι και η χρήση ανεµιστήρα θερµού αέρα. 13. Έπειτα από έρευνα έχει διαπιστωθεί ότι υπάρχουν διάφοροι τρόποι να επιταχυνθεί η διαδικασία ξήρανσης του τελικού προϊόντος, όπως για παράδειγµα αύξηση του ποσού βιοπετρελαίου που έρχεται σε επαφή µε τον αέρα, αύξηση της θερµοκρασίας και της κίνησης του αέρα γύρω δεξαµενή. 14. Η τελική στίλβωση του βιοπετρελαίου είναι απαραίτητη, γιατί εξασφαλίζει την καθαρότητα του βιοκαυσίµου, µόλις πλυθεί. Αφαιρεί τους µικροσκοπικούς µολυσµατικούς παράγοντες αόρατους στο γυµνό µάτι, οι οποίο θα µπορούσαν να οδηγήσουν σε σοβαρή ζηµία µηχανών. 15. Η γλυκερίνη µπορεί να χρησιµοποιηθεί για φαρµακευτικούς σκοπούς, παραγωγή σαπουνιού και κοµπόστας για εδαφοβελτίωση (compost). 16. Η τεχνολογία για την κατασκευή φαρµακευτικής γλυκερίνης υπάρχει, αλλά οικονοµικά δεν συµφέρει, λόγω του ότι στοιχίζει αρκετά χρήµατα η καθαριότητα της και η παραγωγή της προϋποθέτει υψηλούς κανόνες ασφαλείας. 17. Με την χρήση γλυκερίνης µπορούµε να παράγουµε σαπούνια, τα οποία όµως θα διατηρούν διαφορετική συµπεριφορά σε σχέση µε τα υπόλοιπα σαπούνια. Καταρχάς αφαιρείται από την γλυκερίνη οι ποσότητες µεθανόλης που έχουν αποµείνει. Στην συνέχεια θερµαίνεται η γλυκερίνη και αναµειγνύεται µε λίπος για να παραχθεί σαπούνι. 18. Ο καταλύτης που µπορεί να χρησιµοποιηθεί (NaOH ή ΚΟΗ) παρουσιάζει ιδιαιτερότητες που παρουσιάζονται στα παραρτήµατα. 19. Η διαδικασία της κοµποστοποίησης είναι µια διαδικασία που απαιτεί την ύπαρξη υγρασίας και που επιταχύνεται από την υψηλή θερµοκρασία. Τα κύρια συστατικά που χρειάζονται είναι ποσότητες άνθρακα και αζώτου. 20. Μέσα από την οικονοµική ανάλυση που έγινε διαπιστώθηκε ότι η τελική τιµή του βιοπετρελαίου που παράγεται από φυτικά έλαια και η χρήση γλυκερίνης σε σύγκριση µε τις τιµές του ορυκτού πετρελαίου είναι οικονοµικά συµφέρουσα. 17

19 Β.9.2. Τρόποι διάχυσης και αξιοποίησης της γνώσης που έχει παραχθεί: 1. Η ερευνητική µας οµάδα έλαβε µέρος στην Παγκύπρια Εκπαιδευτική Έκθεση που έγινε στις 28 Φεβρουαρίου 2 Μαρτίου στο χώρο της Κρατικής Έκθεσης. Κατά την διάρκεια της παρουσίασης της µονάδας, οι µαθητές ενηµέρωναν το κοινό σχετικά µε το θέµα. Επίσης ήρθαµε σε επαφή µε ειδικούς στο θέµα αυτό, µε τους οποίους ανταλλάξαµε ιδέες και εµπλουτίσαµε τις γνώσεις µας σχετικά µε το θέµα. Ακόµη συµβουλέψαµε αρκετούς ιδιώτες που ενδιαφέρθηκαν για τυχόν εγκατάσταση µιας παρόµοιας µηχανής παραγωγής. 2. Στις 18 εκεµβρίου 2007, η οµάδα µας παρουσίασε τη µονάδα παραγωγής στο σχολείου µας σε επιθεωρητές Χηµείας, Τεχνολογίας και άλλα σηµαντικά πρόσωπα στο τοµέα της εκπαίδευσης. Η παρουσίαση καλύπτηκε τηλεοπτικά από γνωστά κυπριακά κανάλια. Έτσι καταφέραµε όχι µόνο να ενηµερώσουµε το κοινό σχετικά µε την παραγωγή και χρήση βιοπετρελαίου αλλά και να προωθήσουµε στην υπόλοιπη Κύπρο, µέσα από τα Μ.Μ.Ε, τη σηµασία της περιβαλλοντικής συνείδησης και ανακύκλωσης οποιασδήποτε µορφής. 3. Επιπλέον έχει προταθεί στην οµάδα µας συµµετοχή σε περιβαλλοντική εκποµπή γνωστού ραδιοφωνικού σταθµού. Αναµένεται όπως αντιπρόσωποι της οµάδας µας παρευρεθούν σε µια «ζωντανή» ραδιοφωνική συζήτηση σχετικά µε το θέµα µας, 4. Ως οµάδα έχουµε αποφασίσει την δηµιουργία ιστοσελίδας µε σκοπό την προώθηση του θέµατός µας. Μέσα από την ιστοσελίδα αυτή αποσκοπούµε να ενηµερώσουµε και να ευαισθητοποιήσουµε το κοινό, αλλά επίσης και να έρθουµε σε επαφή µε άλλους που ασχολούνται µε το θέµα. Η δηµιουργία ιστοσελίδας έχει αποφασιστεί, εφόσον η χρήση του διαδικτύου αποτελεί στις µέρες µας τη πιο ευέλικτη µέθοδο ανταλλαγής πληροφοριών. Το υλικό που θα ενταχθεί στην ιστοσελίδα έχει ήδη αρχίσει να συλλέγεται µέσα από την έρευνα, ο δικτυακός χώρος έχει αγοραστεί και η υλοποίηση της ιστοσελίδας αναµένεται σύντοµα. Οι προσπάθειες µας δεν έµειναν χωρίς ανταπόκριση. Ο αριθµός των µαθητών που προσέρχονται µε λάδι στο σχολείο για ανακύκλωση έχει αυξηθεί σηµαντικά, κάτι που δηλώνει ότι έχουν φανεί τα πρώτα σηµάδια ευαισθητοποίησης του κοινού σχετικά µε το θέµα. Ευελπιστούµε ότι η ερευνητική µας πορεία δεν θα µείνει µόνο στα χαρτιά, αλλά θα προωθήσει την περιβαλλοντική συνείδηση στο κοινό. 18

20 Εισηγήσεις για µελλοντική έρευνα στο θέµα: Η βιβλιογραφία του θέµατος που έχουµε επιλέξει έχει εξαντληθεί κατά µεγάλο βαθµό. Ως αποτέλεσµα η έρευνα µας περιέχει αρκετά βιβλιογραφικά στοιχεία και µπορεί να χρησιµοποιηθεί από άλλους µαθητές σε σχολική κλίµακα, ιδιώτες και όχι µόνο. Επιπλέον µελλοντική έρευνα µπορεί να γίνει στους πιο κάτω τοµείς: -Κατά πόσο είναι οικονοµικά ωφέλιµη η µαζική παραγωγή βιοπετρελαίου για σκοπούς πώλησης. -Πώς µπορεί να παραχθεί φαρµακευτική γλυκερίνη, ή ακόµη και να χρησιµοποιηθεί. - Πώς µπορούν να ελεγχθούν πρακτικά οι µηχανικές επιδράσεις του βιοπετρελαίου σε µηχανές καύσης συγκριτικά µε το πετρέλαιο. - Πώς µπορούν να παραχθούν υψηλότερης ποιότητας σαπούνια. Β.10. Συνεργασία των συµµετεχόντων - εξιότητες που αποκτήθηκαν Β Συνεργασία των συµµετεχόντων: Το έργο που επιτελέσαµε είχε αρκετές δυσκολίες λόγω του µεγάλου ποσού πληροφοριών που συγκεντρώσαµε από τις πηγές µας. Ένα σηµαντικό εµπόδιο στην ερευνητική µας πορεία αποτέλεσε η απουσία ελληνικής βιβλιογραφίας. Αυτό συνιστούσε την ύπαρξη πολύ καλού συντονισµού και συνεργασίας ανάµεσα σε όλους που συµµετείχαµε για την ολοκλήρωσή της έρευνας αλλά και της συλλογής διαφόρων στοιχείων. Υπήρξε καταµερισµός της εργασίας σε όλα τα στάδια διεξαγωγής της έρευνας και συνεχής συντονισµός ανάµεσα στις οµάδες εργασίας. Για το σκοπό αυτό η οµάδα έρευνας µαθητών, καθηγητή και ερευνητή είχαν κοινές συνεδριάσεις ανά τακτά χρονικά διαστήµατα για την αξιολόγηση της πορείας της έρευνας, αλλά κυρίως για εισηγήσεις για βελτίωση της έρευνας. Οι διάφορες συναντήσεις λάµβαναν χρόνο σε περιόδους και ώρες που βόλευε τους περισσότερους από τους µαθητές αλλά και τον υπεύθυνο καθηγητή. Γενικά υπήρξαν δυσκολίες κατά τις συναντήσεις της οµάδας, λόγω του περιορισµένου χρόνου και της ανάληψης, κατά την γνώµη µας, µιας µεγαλεπήβολης ερευνητικής εργασίας. Η οµάδα έρευνας µαθητών αποτελείται από µαθητές της Α και Β Λυκείου. Στις διάφορες εξορµήσεις της ερευνητικής οµάδας δεν λάµβαναν µέρος ορισµένος αριθµός µαθητών για ευνόητους λόγους. 19

21 Πάρθηκε αρκετό φωτογραφικό υλικό που καταδεικνύει τόσο το έργο που επιτέλεσε η οµάδα εργασίας στην σχολική µονάδα και στις επισκέψεις που πραγµατοποίησε. Η έρευνα χωρίστηκε σε δύο βασικούς τοµείς. Η πρώτη οµάδα µαθητών ανέλαβε το τοµέα του έλεγχου και την βελτίωση της ποιότητας του βιοπετρελαίου. Συγκεκριµένα ανέλαβε να καταγράψει όλα όσα σχετίζονται µε την βιβλιογραφία και τις παρατηρήσεις που έγιναν από εξειδικευµένα µηχανήµατα ποιοτικού ελέγχου του βιοπετρελαίου (όπως π.χ. αναλυτή καυσαερίων). Η δεύτερη οµάδα ανέλαβε τον τοµέα αξιοποίησης των υποπροϊόντων και την κοστολόγηση και συγκριτική οικονοµική ανάλυση των παραγοµένων. Πρόσθετα, ανέλαβε την καταγραφή της σχετικής µε το θέµα της βιβλιογραφίας, την κατασκευή σαπουνιού και την παραγωγή κοµπόστας. Όλα βέβαια έγιναν κάτω από την καθοδήγηση και την επίβλεψη των συντονιστών καθηγητών και του επιστηµονικού ερευνητή µας. Β εξιότητες που αποκτήθηκαν: Οι δεξιότητες που αποκτήσαµε δεν σχετίζονταν µόνο µε το γνωστικό και ερευνητικό µέρος της εργασίας, αλλά αφορούν κοινωνικές και επικοινωνιακές δεξιότητες. Παρουσιάζονται αναλυτικά πιο κάτω: 1. Συµµετοχή σε κοινές συνεδρίες: Μάθαµε να συνδιαλεγόµαστε µε τους υπόλοιπους και αποκτήσαµε πνεύµα οµαδικότητας και συνεργασίας. Επιπλέον συνειδητοποιήσαµε ότι τέτοιου είδους εργασίες χρειάζονται καλό προγραµµατισµό, οργάνωση και σχεδιασµό. 2. Εξοικειωθήκαµε µε τη διεξαγωγή συνεντεύξεων, όπως επίσης και µε την καταγραφή πληροφοριών. Μέσα από την εκτενή βιβλιογραφία, αναπτύξαµε την δεξιότητα της κριτικής επιλογής των πληροφοριών που σχετίζονται µε το θέµα που ερευνήσαµε. 3. Ιδιαίτερα κατά τη κατασκευή σαπουνιών και compost, που είναι καθαρά το πρακτικό µέρος της έρευνας, λόγω του ότι εργαζόµασταν µε βάση το πείραµα µάθαµε να ενεργούµε σύµφωνα µε τους διεθνείς κανόνες ασφαλείας. Πρόσθετα, έχουν αποκτηθεί βασικές γνώσεις για τη σωστή χρήση εργαλείων και εφαρµογή των σωστών αναλογίων για τα πειράµατα. 4. Αποκτήσαµε διερευνητικές δεξιότητες σε θέµατα που για πρώτη φορά έχουν ασχοληθεί τόσο οι µαθητές όσο και οι καθηγητές. 5. ύο από τους µαθητές ασχολήθηκαν µε την φωτογράφηση των δραστηριοτήτων της 20

22 έρευνας, οι οποίοι δια µέσου της εµπειρίας που αποκτήθηκε, βελτίωσαν τις δυνατότητες τους στην φωτογραφική τέχνη. 6. Επιπλέον, κατανοήσαµε πλήρως καλύτερα τα δοµή µιας έρευνας, όπως επίσης και τις ερευνητικές µεθόδους που µπορούν να εφαρµοστού, ανάλογα µε τις απαιτήσεις και τους στόχους της κάθε έρευνας. 7. Πρόσθετα ήρθαµε σε επαφή µε τεχνολογικό εξοπλισµό και κατανοήσαµε την χρήση του, όπως τη µηχανή καύσης, τα όργανα µέτρησης εκποµπών καύσης και τα διάφορα φίλτρα που χρησιµοποιήθηκαν. Επιπλέον η έρευνα αυτή αποτέλεσε αφορµή για την βαθύτερη γνώση µας σε λογισµικό στον υπολογιστή, όπως σχεδιαστικά προγράµµατα, προγράµµατα για παρουσιάσεις και προγράµµατα συγγραφή εργασιών. 8. Μέσα από την έρευνα καλλιεργήθηκε στους µαθητές πνεύµα περιβαλλοντικής συνείδησης και προωθήθηκε η ανακύκλωση (στην περίπτωση µας η ανακύκλωση φυτικών ελαίων που έχουν ήδη χρησιµοποιηθεί, για παραγωγή καυσίµου). 9. Επιπλέον, κατανοήθηκαν εις βάθος χηµικές διεργασίες, όπως αυτές της παραγωγής βιοπετρελαίου και σαπουνιού. Οι ικανότητες των µαθητών στις χηµικές επεξεργασίες εµπλουτίστηκαν µε σηµαντικά στοιχεία-κλειδιά που διερευνήθηκαν µέσα από την έρευνα. 10. Εκτιµήθηκε η σηµασία της έρευνας και της συνεργασίας µεταξύ µαθητών και καθηγητών, ως µέσο προώθησης της γνώση. Συµπεράναµε ότι ικανότητες και γνώση δεν προσφέρει µόνο ο σχολικός χώρος και οι αίθουσες διδασκαλιών, αλλά και η εκτεταµένη έρευνα και ανταλλαγή πληροφοριών µεταξύ µαθητών και καθηγητών. 11. Πρόσθετα οι µαθητές απέκτησαν γνώσεις για το πώς να δηµιουργούν κοστολόγηση κεφαλαιουχικών και λειτουργικών δαπανών και αποσβέσεων ενός έργου, και αντιλήφθηκαν την βιωσιµότητα µιας επένδυσης. Οι βοήθεια των καθηγητών των οικονοµικών επιστηµών ήταν σηµαντική στην κατανόηση και χρησιµοποίηση των διάφορων οικονοµικών παραµέτρων. 21

23 Β.11. Κοστολόγηση και συγκριτική οικονοµική ανάλυση βιοπετρελαίου και γλυκερίνης µε το ορυκτό πετρέλαιο και Υπολογισµός κόστους και δαπανών ΚΕΦΑΛΑΙΟΥΧΟ ΚΟΣΤΟΣ ΑΓΟΡΑ ΚΑΙ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ 2700 ΦΙΛΤΡΑ, ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ, ΝΤΕΠΟΖΙΤΑ 500 ΚΤΙΡΙΑΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ 3000 ΜΙΚΡΟΕΡΓΑΛΕΙΑ 200 ΝΤΙΖΕΛΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑ 1000 ΣΥΝΟΛΟ 7400 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟ ΚΟΣΤΟΣ(ΕΤΗΣΙΟ) ΜΕΘΑΝΟΛΗ (400 λίτρα) 270 ΠΟΤΑΣΣΑ 50 ΚΑΥΣΤΙΚΗ ΣΟ Α 40 ΦΑΙΝΟΛΟΦΘΑΛΕΙΝΗ ΚΑΙ ΑΠΕΣΤΑΓΜΕΝΟ ΝΕΡΟ 30 ΕΡΓΑΤΙΚΑ (ΚΥΡΙΩΣ ΕΘΕΛΟΝΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ) 300 ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ (ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΛΑ ΙΩΝ) 200 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ (200KWH X 0,20) 40 ΝΕΡΟ 10 ΣΥΝΟΛΟ 940 ΕΤΗΣΙΑ ΑΠΟΣΒΕΣΗ ΠΑΓΙΟΥ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ (10 ΧΡΟΝΙΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ) 740 ΕΠΙΣΚΕΥΕΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ 100 ΣΥΝΟΛΟ 840 ΓΕΝΙΚΟ ΣΥΝΟΛΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΥ ΚΟΣΤΟΥΣ 1780 ΚΟΣΤΟΣ/ΛΙΤΡΟ ( ΒΙΟΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ) ΣΤΑΘΕΡΟ ΚΟΣΤΟΣ 0,42 ΜΕΤΑΒΛΗΤΟ ΚΟΣΤΟΣ 0,47 0,89 ΠΩΛΗΣΗ ΓΛΥΚΕΡΙΝΗΣ (0,38) ΤΕΛΙΚΟ ΚΟΣΤΟΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ 0,51 / λίτρο 22

24 Επεξηγηµατικές Σηµειώσεις Οι πιο πάνω υπολογισµοί έγιναν µε την αποδοχή ότι θα γίνει παραγωγή βιοπετρελαίου 2000λίτρα/έτος. Έχει υπολογισθεί ότι η µεθανόλη που θα χρησιµοποιηθεί για την πιο πάνω παραγωγή είναι 20%Χ2000=400 λίτρα. Η πώληση της ακάθαρτης γλυκερίνης στη διεθνή αγορά είναι περίπου 380 /1000 λίτρα. Παρατηρήσεις: Η µονάδα έχει τη δυνατότητα παραγωγής βιοπετρελαίου µέχρι και 4000 λίτρα/έτος. Αυτό σηµαίνει ότι θα υπάρξει σηµαντική µείωση του λειτουργικού κόστους ( ετήσια απόσβεση πάγιου εξοπλισµού παραµένει η ίδια) και κατά συνέπεια του τελικού κόστους του βιοπετρελαίου/λίτρο. Η µετατροπή της γλυκερίνης σε σαπούνι θα έχει σε αξία πολύ µεγαλύτερη από την πώληση της σαν ακάθαρτη Γιατί τα πρόσθετα υλικά (ΝΑOH) ή και (ΚΟΗ) έχουν τοποθετηθεί στο κοστολόγιο, κατά συνέπεια η τιµή πώλησης του σαπουνιού θα είναι µεγαλύτερη, άρα µεγαλύτερα έσοδα στο σύνολο. Καταλήγοντας από τα πιο πάνω φαίνεται ξεκάθαρα ότι τελική τιµή των προϊόντων ανά λίτρο δηλαδή 0,51 / λίτρο είναι πιο κάτω από την µισή τιµή του ορυκτού πετρελαίου που είναι στις µέρες µας γύρω 1,10 /λίτρο. Β.12. Βιβλιογραφία Πηγές Πληροφόρησης Ίδρυµα Ενέργειας: Επίσηµη Εφηµερίδα Ευρωπαϊκής Ένωσης: Αντίτυπο έκδοσης από το Ίδρυµα Ενέργειας. (Οδηγία 2003/30/εκ του ευρωπαϊκού κοινοβουλίου και του συµβουλίου της 8 ης Μαίου 2003) Περιοδικό: Biofuel International Filtertechnik: Utah Biodiesel: Biodiesel Forums: Επισκέψεις: 1. Βιοµηχανική περιοχή Αραδίππου στη Βιοµηχανία παραγωγής Φυτικών Λαδιών και Βιοπετρελαίου Αµβροσία. 2. Βιοµηχανική περιοχή εργατών σε µονάδα παραγωγής compost 23

25 3. Βιοµηχανία παραγωγής σαπουνιών Unilever στη Λευκωσία Βιβλιογραφία για τη παραγωγή σαπουνιού: Πληροφορίες σχετικά µε την έρευνα µας πήραµε και από τον ερευνητή µας κ.λοϊζίδη, ιδιαίτερα στα θέµατα κοµποστοποίησης. Προϋπολογισµός Ερευνητικής Εργασίας 1. Μετακινήσεις της οµάδας για επισκέψεις σε βιοµηχανίες: Αγορά εξοπλισµού συστηµάτων αγωγών λάστιχων για λάδι και νερό : Τύπωµα φανέλων για προώθηση του θέµατος: Έλεγχος εκποµπών του βιοπετρελαίου που έχει παραχθεί σε µονάδα Μ.Ο.Τ : απάνες για αναλώσιµα: Memory stick για την µεταφορά δεδοµένων µεταξύ των µαθητών και των συντονιστών καθηγητικών: Αγορά και εγκατάσταση πιεστικού συστήµατος νερού: Αγορά αρωµατικών αλλά και χρωστικών ουσιών για την παραγωγή σαπουνιών: Αγορά ποτάσσας (ΚΟΗ) για την παραγωγική διαδικασία: Έξοδα για την εκτύπωση της µελέτης και των παραρτηµάτων: 20 24

26 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 1 ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ (Υλικό που έχει δηµιουργηθεί από οµάδα µαθητών στον ηλεκτρονικό υπολογιστή µε βάση την πραγµατική µορφή των εξαρτηµάτων της µονάδας και τα στάδια παραγωγής βιοπετρελαίου) Συλλογή φυτικών χρησιµοποιηµένων λαδιών Θέρµανση στους C, για 3 ώρες 25

27 Προετοιµασία µίγµατος καυστικής σόδας και µεθανόλης Το µίγµα καυστικής σόδας και µεθανόλης αναµειγνύεται µε το ζεστό λάδι για 30 λεπτά. Mετά από 2-3 ώρες διαχωρίζεται το ακάθαρτο βιοπετρέλαιο από τη γλυκερίνη. Στη συνέχεια αφαιρούµε την γλυκερίνη 26

28 Ακολουθεί πλύση µε νερό για να αποµακρυνθούν το σαπούνι και οι διάφορες ακαθαρσίες. 27

29 Μετά την αποµάκρυνση του νερού γίνεται ανάδευση έτσι ώστε να αποµακρυνθούν οι οποιεσδήποτε µικροποσότητες υγρασίας και µεθανόλης. 28

30 Πιο κάτω φαίνεται, αναλυτικά, η διαδικασία παραγωγής βιοπετρελαίου σύµφωνα µε την βιβλιογραφία. 29

31 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 2 ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΧΗΜΙΚΗΣ ΑΝΤΙ ΡΑΣΗΣ Πιο κάτω διαγράφεται σχηµατικά η χηµική αντίδραση που χρησιµοποιεί η µονάδα µας για παραγωγή βιοπετρελαίου. Με την εξουδετέρωση των φυτικών/ζωικών ελαίων µε έναν καταλύτη, η µεθανόλη είναι σε θέση να «σπάσει» το δεσµό σύνδεσης µε τα τριγλυκερίδια. Το αποτέλεσµα είναι η διαµόρφωση µεθυλικών εστέρων και γλυκερίνης. Μόλις καθαριστεί το µίγµα αυτό, οι µεθυλικοί εστέρες γίνονται βιοπετρέλαιο.(οι µεθυλικοί εστέρες δεν καθορίζονται ως βιοπετρέλαιο έως ότου πληρούν τα απαραίτητα χαρακτηριστικά / πρότυπα. ) Όταν οι µεθυλικοί εστέρες δηµιουργηθούν, τα πιο κάτω υπολείµµατα παρατηρούνται: Υπολείµµατα µεθανόλης Γλυκερίνη Σαπούνι και µέταλλα Υπολείµµατα καταλύτη: NaOH ή KOH Υγρασία Ελεύθερα Λιπαρά Οξέα Τα υπολείµµατα αυτά εγκυµονούν πιθανόν κινδύνους για την µηχανή καύσης του βιοκαυσίµου και γι²αυτό πρέπει να αφαιρεθούν από το βιοπετρέλαιο το γρηγορότερο. 30

32 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 ΠΡΟ ΙΑΓΡΑΦΕΣ ΒΙΟΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ Πιο κάτω παρουσιάζονται σε πίνακα οι προδιαγραφές για τα αναµενόµενα χαρακτηριστικά καύσης και εκποµπές βιοπετρελαίου σύµφωνα µε το πρότυπο ASTM D6751 (Η.Π.Α), αλλά και το πρότυπο ΕΝ (Ευρωπαϊκή Ένωση), το οποίο και αποτελείται από 27 διαφορετικούς ελέγχους. 31

33 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 4 ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΚΑΤΑΛΛΗΛΟΥ ΦΥΤΙΚΟΥ ΕΛΑΙΟΥ Επιλογή κατάλληλου λαδιού. Το λάδι πρέπει να ελέγχεται πριν να συλλεχθεί. Υπάρχουν τρεις έλεγχοι που µπορούν να προσδιορίσουν εάν το λάδι είναι καλής ποιότητας: - Οπτικός Έλεγχος του λαδιού για τυχόν παρουσία νερού, ακατέργαστων ουσιών, χρώµατος ή υπολείµµατα τηγανισµένων ψαριών, πατατών, ή κρεάτων. -Εκτέλεση ποσοτικής ανάλυσης και συλλογή µόνο του λαδιού µε χαρακτηριστικό λιγότερο από 2 ή 3 g/l. -Χρήση φορητού τηγανιού µε σκοπό να θερµανθεί δείγµα του λαδιού για να ελεγχθεί εάν υπάρχουν σχετικά µεγάλες ποσότητες νερού. Χρόνος Συνιστάται όπως αφεθεί το λάδι για να κατακαθίσει µερικές εβδοµάδες σε ένα ανοικτό, ζεστό και ξηρό χώρο. Έτσι το λάδι που θα παραµείνει στην κορυφή είναι καθαρό. Φιλτράρισµα Κατά το στάδιο του φιλτραρίσµατος, το λάδι αποδεσµεύεται από διάφορα κατάλοιπα και άχρηστες ουσίες που θα προκαλούσαν διάφορα προβλήµατα (Για τις µεθόδους προ-φιλτραρίσµατος: ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 4) Θέρµανση. Προτείνεται όπως θερµανθεί το λάδι πριν συµπεριληφθεί στην διαδικασία,ώστε να εξατµιστούν ποσότητες νερού που βρίσκονται σε αυτό. Επιπλέον η θέρµανση βοηθά να «καταστραφεί» το γαλάκτωµα, που µπορεί τυχόν να δηµιουργηθεί, αναγκάζοντας το νερό να µειωθεί στο κατώτατο σηµείο του λαδιού γρήγορα. Η διαδικασία είναι εφικτή µε την βοήθεια ενός θερµαντήρα όπως και συµβαίνει στη µονάδα παραγωγής του Σχολείου µας. Ξήρανση Κενού Η µέθοδος αυτή µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να αφαιρεθεί το νερό από το λάδι. Εντούτοις τα συστήµατα κενής ξήρανσης δεν χρησιµοποιούνται συνήθως από τους παραγωγούς µικρή κλίµακας λόγω της πολυπλοκότητας και του κόστους. Οξική Εστεροποίηση Η µέθοδος αυτή είναι πραγµατικά πάρα πολύ σύνθετη και αυτός είναι ένας από τους λόγους που δεν χρησιµοποιείται από παραγωγούς µικρής κλίµακας. 32

34 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 5 ΜΕΘΟ ΟΙ ΠΡΟ-ΦΙΛΤΡΑΡΙΣΜΑΤΟΣ ΛΑ ΙΟΥ Για το φιλτράρισµα του λαδιού υπάρχουν πολλές µεθόδοι που χρησιµοποιούνται ανάλογα µε τις ποσότητες του λαδιού και το κεφάλαιο που διατίθεται για ένα τέτοιο εγχείρηµα. Οι εταιρίες που ασχολούνται µε την παραγωγή βιοπετρελαίου τείνουν να θερµαίνουν το πετρέλαιο πρώτα και να το φιλτράρουν ενόσω είναι ακόµη θερµό, χρησιµοποιώντας αντλίες ταχύτητας. Άλλοι πάλι χρησιµοποιούν φυγοκεντρικούς διαχωριστές, που λειτουργούν πάλι µε γνώµονα την ταχύτητα. Από την άλλη, τα περισσότερα άτοµα, εντούτοις, φαίνονται να χρησιµοποιούν το φιλτράρισµα βαρύτητας (δηλαδή διήθηση) πριν θερµάνουν το λάδι, λόγω της απλότητας και του χαµηλού κόστους εφαρµογής της µεθόδου. Φίλτρα Σάκων (Bag Filters) Τα φίλτρα σάκων δεν είναι τίποτε περισσότερο σακούλες που φιλτράρουν υγρά. Υπάρχουν διάφορα είδη τέτοιων σάκων που διαφέρουν σε µέγεθος, υλικό και ποσοστό φιλτραρίσµατος ανάλογα µε την ανάγκη του κάθε αγοραστή. Τα φίλτρα αυτά λειτουργούν συνήθως µε την δράση της βαρύτητας. Φίλτρα Κασετών (Cartridge Filters) Τα φίλτρων κασετών περιλαµβάνουν περιστροφικά φίλτρα. Συνήθως µια αντλία διοχετεύει τα φίλτρα αυτά µε το υγρό που θα καθαριστεί και ως συνήθως τα περισσότερα από αυτά δεν λειτουργούν οµαλά µε την χρήση της βαρύτητας, δηλαδή τοποθετηµένα κατακόρυφα χωρίς τη χρήση αντλίας. Φίλτρο αυτού του είδους χρησιµοποιείται και στην διαδικασία παραγωγής της µονάδας µας, κατά το τελικό στάδιο εξαγωγής του βιοπετρελαίου. Πρότυπο ενός φίλτρου Cartridge που χρησιµοποιείται στο σχολείο µας Φίλτρο Blue Jean (Blue Jean Filter) Ένα τέτοιο φίλτρο µπορεί να δηµιουργηθεί µε τον εξής τρόπο. Από ένα παλιό ζευγάρι τζιν, ράβονται τα άκρα των δύο ποδιών και ανοίγονται δύο τρύπες στην κορυφή ενός τύµπανου. Έπειτα σε κάθε τρύπα τοποθετείται ένα «πόδι» του τζίν. Κάθε «πόδι» τζιν µπορεί να κρατήσει περίπου 5 γαλόνια. Τα µπλε τζιν δεν είναι µόνο µια φτηνή λειτουργική µέθοδος φιλτραρίσµατος, αλλά παίρνουν τη µεγάλη ουσία που θα έφραζε τα ακριβότερα φίλτρα. 33

35 Φιλτράρισµα Σε Στάδια (Filter in stages) Για να αποφευχθεί τυχόν φραγµοί του φίλτρου που χρησιµοποιείται, προτιµείται το φιλτράρισµα µέσω σταδιακά λεπτότερων φίλτρων. Αρχικά χρησιµοποιούνται φύλλα µε 100 εκατοµµυριοστά του µέτρου -200 εκατοµµυριοστά του µέτρου, έπειτα µε 50 εκατοµµυριοστά του µέτρου και τελικά µε 10 εκατοµµυριοστά του µέτρου. Μερικοί χρησιµοποιούν αυτά τα τρία διαφορετικά στάδια φιλτραρίσµατος σε συνδυασµό µε φίλτρο Cartridge και φίλτρο σάκου. Άλλοι πάλι χρησιµοποιούν τρία φίλτρα σάκων και ενδιάµεσα ένα λεπτό στάδιο φιλτραρίσµατος. Κατοικίες Φίλτρων Σάκων (Bag Filter Housings ) Οι εµπορικές κατοικίες φίλτρων σάκων είναι µάλλον ακριβές, αλλά η τιµή κόστους τους είναι χαµηλότερη εάν αγοραστούν σαν µεταχειρισµένες. Πρόκειται για µια µηχανή φιλτραρίσµατος που υιοθετεί την τεχνική του Φίλτρου Σάκων, αλλά σε µια πιο εµπορική και για µεγαλύτερες ποσότητες µορφή. 34

36 Μέθοδος Ψύξης Νερού (The Water Cooler Method) Η µέθοδος αυτή είναι ένας τρόπος να ρυθµιστεί η ροή ελεύθερων λιπαρών οξέων σε ένα φίλτρο σάκων που επιτρέπει το αυτόµατο φιλτράρισµα. Η δηµιουργία της περιγράφεται ως εξής: ηµιουργήστε µια τρύπα διαµέτρου 6 ιντσών στην κορυφή ενός τύµπανου 55-γαλονιών. Η τρύπα αυτή αποτελεί το σηµείο εισόδου του λαδιού. Έπειτα προµηθευτείτε ένα πλαστικό µπουκάλι νερού 5-γαλονιών και χύστε σε αυτό λάδι σε θερµοκρασία δωµατίου χρησιµοποιώντας µια χοάνη. Αφαιρέστε τη χοάνη και βάλτε την κορυφή του µπουκαλιού, στην τρύπα φίλτρων σάκων. Αυτή η ρύθµιση θα διοχετεύσει στο φίλτρο τσαντών το ακριβές ποσό λαδιού. Λειτουργεί σαν ένα ψυκτήρα νερού και κάθε φορά διοχετεύει λίγο περισσότερο λάδι στην διάταξη. Αυτή η µέθοδος λειτουργεί ακόµη και όταν χρησιµοποιούνται µεγαλύτερες δεξαµενές που χωρίζονται µε απόσταση. Το κλειδί είναι η ανταλλαγή του αέρα για το λάδι στην κορυφή του φίλτρου σάκων. Πώµα Κάδου (Bucket Bung) Ακόµη ένα σύστηµα «αυτόµατου» φιλτραρίσµατος. Το σύστηµα αυτό µπορεί να παραχθεί ως εξής: ηµιουργήστε µια τρύπα στο κατώτατο σηµείο ενός κάδου 5- γαλονιών για 2 ίντσες από την άκρη. Παρεµβάλετε έναν προσαρµοστή σωλήνων PVC (αρσενικά νήµατα / θηλυκή τακτοποίηση ολίσθησης) στην τρύπα µετά την αφαίρεση του θηλυκού µέρους του προσαρµοστή αφήνοντας έναν ώµο. Γλιστρήστε ένα δακτύλιο µε κλωστή στο µέρος του προσαρµοστή που κολλά έξω το κατώτατο σηµείο του κάδου και εξασφαλίστε αυτού µε µια θηλυκή σύζευξη κλωστής. Εφαρµόστε κάποια κόλλα PVC στο εσωτερικό του κάδου γύρω από τη συναρµολόγηση για να εξασφαλίσετε µια καλή σφραγίδα. Τώρα έχετε ένα πώµα στο κατώτατο σηµείο του κάδου των 5 γαλονιών σας. Εάν το πώµα σας είναι αρκετά µικρό θα χωράει µέσα στο πώµα στην κορυφή ενός τύµπανου 55-γαλονιών. Ενθέστε ένα φίλτρο ή χρησιµοποιήστε το ως χοάνη. 35

37 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 6 ΜΕΘΟ ΟΙ ΠΡΟ-ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΛΑ ΙΟΥ Χρήση Drum 55 γαλονιών Ένα Drum 55-γαλονιών χρώµα µαύρο τοποθετείται στον ήλιο. Αυτή η διάταξη λειτουργεί πραγµατικά καλά κατά τους µήνες του καλοκαιριού. Εντούτοις η διαδικασία αυτή απαιτεί την κίνηση του συνόλου τύµπανων του λαδιού, το οποίο µπορεί να είναι ένα πρόβληµα για µερικούς. Οι µέθοδοι για την µετακίνηση Drum µε φυτικό λάδι γίνονται χρησιµοποιώντας ένα φορτηγό drum ή ένα drum dolly. Ένα drum dolly είναι ανέξοδο, αλλά απαιτεί µια οµαλή επιφάνεια και είναι δύσκολο να κινηθεί από drum σε drum. Ένα φορτηγό drum είναι ακριβό, αλλά δεν χρειάζεται µια οµαλή επιφάνεια και µπορεί γρήγορα να κινηθεί από το drum se drum. Χρήση Solar Bucket / Drum Box Αυτή η µέθοδος δεν είναι µόνο οικονοµική, αλλά µπορεί επίσης να εφαρµοστεί ολόχρονα. Πολύ απλά αφήνεται το λάδι έξω σε µια διάταξη που φαίνεται πιο κάτω. Χρήση Ηλιακών Πάνελ Θέρµανσης Νερού (Solar Water Heating Panel) Ηλιακά «πάνελς» θέρµανσης νερού µπορούν να χρησιµοποιηθούν για τον σκοπό αυτό. Αυτή η µέθοδος φαίνεται να χρησιµοποιείται συνήθως στη θέρµανση καθαρού λαδιού για την επεξεργασία και µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να αυξήσει την θερµοκρασία του λαδιού στην θερµοκρασία της αντίδρασης. 36

38 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 7 ΠΩΣ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΚΑΘΑΡΙΣΤΕΙ Η «ΜΟΥΝΤΗ» ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΟΥ ΤΕΛΙΚΟΥ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΟΥ ΠΟΥ ΠΑΡΑΤΗΡΕΙΤΑΙ; Μετά από την πλύση του, το βιοπετρέλαιο, έχει συνήθως µια ελαφρώς µουντή ή νεφελώδη εµφάνιση. Αυτό συµβαίνει επειδή υπάρχουν µικρο-σταγονίδια νερού ακόµα στο µόλις πλυµένο βιοκαύσιµο. Το βιοπετρέλαιο έχει την ικανότητα να κρατήσει αυτό το νερό µέχρι 1500 l. ανά εκατοµµύριο το οποίο είναι επιτρεπόµενο από τις διεθνείς ποιοτικές προδιαγραφές, αλλά ακόµη και σε αυτά τα επίπεδα το βιοπετρέλαιο πρέπει να φαίνεται καθαρό. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι να αφαιρεθεί το υπερβολικό νερό που προκαλεί αυτή την µουντή επιφάνεια, αλλά ο κύριος στόχος όλων των τρόπων αυτών είναι να εκθέσουν το βιοπετρέλαιο σε όσο το δυνατόν περισσότερο αέρα έτσι ώστε να µπορεί να εξατµιστεί το νερό. Αυτό µπορεί να γίνει εφικτό µε το να αφεθεί το βιοπετρέλαιο σε ανοικτό αποθηκευτικό χώρο µε έκθεση στον αέρα. Ανάλογα µε τη θερµοκρασία και την κυκλοφορία του αέρα, η εξάτµιση του νερού και η ο καθαρισµός της µουντής επιφάνειας του βιοπετρελαίου, µπορεί να διαρκέσει απο µερικές µέρες µέχρι και µερικές εβδοµάδες. Το βιοπετρέλαιο ξεραίνεται γρηγορότερα ή πιο αργά ανάλογα µε πόσο καλά πλυµένο είναι ήδη (π.χ. λιγότερο σαπούνι = πιο γρήγορη ξήρανση). 37

39 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 8 ΜΕΘΟ ΟΙ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΥ Bubble Wash (Μέθοδος Φυσαλλίδων): Κατά την πρώτη περίπτωση το µίγµα πλένεται µε την χρήση φυσαλίδων. Προστίθεται στο µίγµα 1/3 νερό και 2/3 βιοπετρέλαιο. Το βιοπετρέλαιο «επιπλέει» στην επιφάνεια του νερού και µε την βοήθεια αντλίας αέρα δηµιουργούνται φυσαλίδες δια µέσου του νερού. Οι φυσαλίδες αυτές δεσµεύουν τα υπολείµµατα και τα αποβάλουν στο νερό, το οποίο τελικά αποστραγγίζεται. Ο εξοπλισµός που χρειάζεται ( για την παραγωγή αέρα στο νερό µε σκοπό τη δηµιουργία φυσαλίδων ) είναι φτηνός. Παρ όλα αυτά εάν χρησιµοποιηθεί χαµηλής ποιότητας βιοπετρέλαιο ή µικρής ποσότητας, τότε η βίαιη αντίδραση µπορεί να προκαλέσει µορφή γαλακτώµατος στο προϊόν. Mist Wash (Μέθοδος Υδρονέφωσης): Κατά την δεύτερη περίπτωση, την οποία χρησιµοποιούµε στο Σχολείο µας (Υδρονέφωση - Mist Wash) χρησιµοποιείται ένας πιο πολύπλοκος µηχανισµός και περισσότερες ποσότητες νερού, συγκριτικά µε την πρώτη περίπτωση. Το σύστηµα αυτό χρησιµοποιεί νερό σε µορφή ψεκασµού που καθαρίζει το βιοπετρέλαιο. Το νερό παραµένει στο κάτω µέρος δεσµευµένο µε τις διάφορες ακαθαρσίες και αφαιρείται κατά το τελικό στάδιο της πλύσης. Τα µειονεκτήµατα της χρήσης αυτής είναι η χρήση µεγαλύτερων ποσοτήτων νερού και η αγορά πιο πολύπλοκου εξοπλισµού. Bulk Wash (Μαζική Πλύση): Η τελευταία µέθοδος (Μαζική Πλύση - Βulk Washing) προϋποθέτει τη δηµιουργία µίγµατος µε ίσες ποσότητες νερού και βιοπετρελαίου που αντιδρούν ήπια. Η µέθοδος αυτή επαναλαµβάνεται περισσότερες από µία φορές και δεν χρησιµοποιείται 38