ΚΑΣΑΛΤΣΗΚΖ ΤΓΡΟΓΟΝΟΔΠΔΞΔΡΓΑΗΑ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟΤ ΓΗΑ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ

Transcript

1 ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΚΟ ΔΚΠΑΗΓΔΤΣΗΚΟ ΗΓΡΤΜΑ ΚΑΒΑΛΑ ΥΟΛΖ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΚΧΝ ΔΦΑΡΜΟΓΧΝ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΚΑΣΑΛΤΣΗΚΖ ΤΓΡΟΓΟΝΟΔΠΔΞΔΡΓΑΗΑ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟΤ ΓΗΑ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΜΠΔΣΟ Υ. ΠΑΝΑΓΗΧΣΖ ΔΠΗΒΛΔΠΟΤΑ: ΚΑΘ. ΔΦΑΡΜ. ΑΝΑΣΑΗΑ Ν. ΛΑΕΑΡΗΓΟΤ ΚΑΒΑΛΑ 2013

2

3 ΔΓΚΡΗΝΔΣΑΗ Ζ ΔΠΗΒΛΔΠΟΤΑ ΑΝΑΣΑΗΑ Ν. ΛΑΕΑΡΗΓΟΤ

4

5 ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΚΟ ΔΚΠΑΗΓΔΤΣΗΚΟ ΗΓΡΤΜΑ ΚΑΒΑΛΑ ΥΟΛΖ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΚΧΝ ΔΦΑΡΜΟΓΧΝ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΚΑΣΑΛΤΣΗΚΖ ΤΓΟΓΟΝΟΔΠΔΞΔΡΓΑΗΑ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟΤ ΓΗΑ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΜΠΔΣΟ Υ. ΠΑΝΑΓΗΧΣΖ ΔΠΗΒΛΔΠΟΤΑ: ΚΑΘ. ΔΦΑΡΜ. ΑΝΑΣΑΗΑ Ν. ΛΑΕΑΡΗΓΟΤ ΚΑΒΑΛΑ 2013

6 Σ.Δ.Η. ΚΑΒΑΛΑ ΥΟΛΖ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΚΧΝ ΔΦΑΡΜΟΓΧΝ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ 2012 Ζ παξνχζα Πηπρηαθή Δξγαζία θαη ηα ζπκπεξάζκαηά ηεο ζε νπνηαδήπνηε κνξθή απνηεινχλ ζπληδηνθηεζία ηνπ Σκήκαηνο Σερλνινγίαο Πεηξειαίνπ θαη Φπζηθνχ Αεξίνπ ηνπ ΣΔΗ Καβάιαο θαη ηνπ θνηηεηή. Οη πξναλαθεξφκελνη δηαηεξνχλ ην δηθαίσκα αλεμάξηεηεο ρξήζεο θαη αλαπαξαγσγήο (ηκεκαηηθά ή ζπλνιηθά) γηα δηδαθηηθνχο θαη εξεπλεηηθνχο ζθνπνχο. ε θάζε πεξίπησζε πξέπεη λα αλαθέξεηαη ν ηίηινο, ν ζπγγξαθέαο, ν επηβιέπσλ θαη ην ελ ιφγσ ηκήκα ηνπ ΣΔΗ Καβάιαο. Ζ έγθξηζε ηεο παξνχζαο Πηπρηαθήο Δξγαζίαο απφ ην Σκήκα Σερλνινγίαο Πεηξειαίνπ θαη Φπζηθνχ Αεξίνπ δελ ππνδειψλεη απαξαηηήησο θαη απνδνρή ησλ απφςεσλ ηνπ ζπγγξαθέα εθ κέξνπο ηνπ Σκήκαηνο Ο ππνθαηλφκελνο δειψλσ ππεχζπλα φηη ε παξνχζα Πηπρηαθή Δξγαζία είλαη εμ νινθιήξνπ δηθφ κνπ έξγν θαη ζπγγξάθεθε εηδηθά γηα ηηο απαηηήζεηο ηνπ πξνγξάκκαηνο ζπνπδψλ ηνπ Σκήκαηνο Σερλνινγίαο Πεηξειαίνπ θαη Φπζηθνχ Αεξίνπ. Γειψλσ ππεχζπλα φηη θαηά ηε ζπγγξαθή αθνινχζεζα ηελ πξέπνπζα αθαδεκατθή δενληνινγία απνθπγήο ινγνθινπήο. Έρσ επίζεο απνθχγεη νπνηαδήπνηε ελέξγεηα πνπ ζπληζηά παξάπησκα ινγνθινπήο. Γλσξίδσ φηη ε ινγνθινπή κπνξεί λα επηζχξεη πνηλή αλάθιεζεο ηνπ πηπρίνπ κνπ. Τπνγξαθή Παλαγηψηεο Υ. Μπέηνο

7 ΠΔΡΗΛΖΦΖ Ζ παξνπζίαζε ηεο ηζηνξηθήο εμέιημεο ησλ θαπζίκσλ απφ αλαλεψζηκεο πξψηεο χιεο (βηνθαπζίκσλ), θαζψο θαη ε ηεθκεξίσζε ηεο επηζηεκνληθήο άπνςεο πσο ε ρξήζε ηνπο, κπνξεί θαη επηθέξεη θέξδε ζηνλ άλζξσπν είλαη αξρηθά ε θαηαγξαθή πνπ γίλεηαη ζηελ παξνχζα εξγαζία. Βαζηθφο ζθνπφο φκσο ηεο εξγαζίαο είλαη ε κειέηε, ζεσξεηηθή θαη εξγαζηεξηαθή, ηεο δηεξγαζίαο ηεο θαηαιπηηθήο πδξνγνλνεπεμεξγαζία ηεγαλειαίσλ, πξψηεο χιεο παξαγσγήο βηνθαπζίκνπ. Σα απνηειέζκαηα ηεο κειέηεο απηήο θαη πνιιψλ άιισλ πνπ πξνεγήζεθαλ, έξρνληαη λα επηβεβαηψζνπλ ηελ δηαπίζησζε γηα θέξδε πνπ έρνπλ λα θάλνπλ κε ην πεξηβάιινλ αιιά θαη ηελ νηθνλνκία γεληθφηεξα. Ζ αλαδξνκή ζηνλ ρξφλν, μεθηλά απφ ηα βηνθαχζηκα πξψηεο, δεχηεξεο, ηξίηεο γεληάο κέρξη θαη ην θχξην ζέκα ηεο εξγαζίαο ην νπνίν είλαη ε ρξήζε κηαο βιαπηηθήο γηα ην πεξηβάιινλ ρξεζηκνπνηεκέλεο χιεο φπσο απηή ηνπ ηεγαλέιαηνπ θαη ε κεηαπνίεζή ηνπ ζε ρξήζηκν βηνθαχζηκν πνπ ζα κπνξνχζε λα ρξεζηκνπνηεζεί επξέσο ζηελ παγθφζκηα αγνξά. ΘΔΜΑΣΗΚΖ ΠΔΡΗΟΥΖ: Αλαλεψζηκεο Πεγέο Δλέξγεηαο, Βηνθαχζηκα, Καηαιπηηθή Τδξνγνλνεπεμεξγαζία, ΛΔΞΔΗ ΚΛΔΗΓΗΑ: πδξνγνλνεπεμεξγαζία, βηνθαχζηκν, ηεγαλέιαην, πεξηβαιινληηθέο επηπηψζεηο, θαηαιχηεο

8 ABSTRACT Σhe presentation of the historical evolution of biodiesel, as well as the documentation of the scientific aspect which supports that their use can and will be profitable to human, is the main argument of this project. The object of this particular research is the theoretical and laboratory study of the process of catalytic hydro-treated cooking oil waste, which constitutes the raw material of biodiesel production. The result of the current project as well as the result of many previous ones, verifies the benefits of this new form of fuel to the environment and generally to the economy. The retrospection begins with a reference to the first, second and third biodiesel generation and ends up with the main topic of the project which lays emphasis on the clever exploitation of a harmful, repeatedly used material -such as cooking oil waste- to produce useful biodiesel which could be utilized widely in the global market. SUBJECT AREA: Process. Renewable Energy Sources, Biodiesel, Catalytic Hydro-treated KEYWORDS: Hydro-treated Process, Biodiesel, Cooking Oil, Environmental Effects, Catalyst.

9

10

11 ΔΤΥΑΡΗΣΗΔ Γηα ηε δηεθπεξαίσζε ηεο παξνχζαο πηπρηαθήο εξγαζίαο, ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηελ Καζεγήηξηα Δθαξκνγψλ ζην Σκήκα Σερλνινγίαο Πεηξειαίνπ θαη Φπζηθνχ Αεξίνπ ηνπ Σ.Δ.Η. Καβάιαο θ. Λαδαξίδνπ Αλαζηαζία θαζψο θαη ηελ θπξία Γξ. Μπεδεξγηάλλε ηέιια Δξεπλήηξηα ηνπ ΔΚΔΣΑ/ΗΣΥΖΓ ζην Σερλνινγηθφ Πάξθν Θεζζαινλίθεο.

12 ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟ ΚΔΦΑΛΑΗΟ 1 ΔΗΑΓΧΓΖ ΣΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΔΗΑΓΧΓΖ ΓΔΝΗΚΑ ΗΣΟΡΗΚΖ ΑΝΑΓΡΟΜΖ ΓΔΝΗΚΑ ΣΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΚΑΗ ΣΟ ΜΔΛΛΟΝ ΔΗΑΓΧΓΖ ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΑ ΚΑΤΗΜΧΝ Ζ ΠΟΛΗΣΗΚΖ ΓΗΑ ΣΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΚΑΗ ΑΤΣΟΚΗΝΖΣΟΒΗΟΜΖΥΑΝΗΑ ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2 ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΠΡΧΣΖ ΓΔΝΗΑ ΔΗΑΓΧΓΖ ΣΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΓΔΝΗΚΑ ΠΡΧΣΔ ΤΛΔ ΓΗΑ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΒΗΟΚΑΤΗΜΧΝ 1 εο ΓΔΝΗΑ ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΔ ΚΑΛΛΗΔΡΓΔΗΔ ΓΔΧΡΓΗΚΔ ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΔ ΚΑΛΛΗΔΡΓΔΗΔ ΜΔΣΔΣΔΡΟΠΟΗΖΖ ΓΔΝΗΚΑ ΣΡΗΓΛΤΚΔΡΗΓΗΑ ΑΛΚΟΟΛΖ ΚΑΣΑΛΤΖ ΚΑΗ ΜΖΥΑΝΗΜΟΗ ΑΝΣΗΓΡΑΖ ΚΑΣΑΛΤΣΔ ΤΝΘΖΚΔ ΚΑΣΑΛΤΖ ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ - ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ... 43

13 2.5.1 ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΑ ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΔΝΑΝΣΗ ΣΟΤ ΤΜΒΑΣΗΚΟΤ ΝΣHΕΔΛ ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΑ ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΚΔΦΑΛΑΗΟ 3 ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΓΔΤΣΔΡΖ ΓΔΝΗΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ 2 εο ΓΔΝΗΑ ΛΟΓΟΗ ΤΠΑΡΞΖ ΜΔΓΑΛΔ ΑΝΑΓΚΔ ΒΗΟΚΑΤΗΜΧΝ, ΜΗΚΡΔ ΠΡΟΜΖΘΔΗΔ ΓΔΝΗΚΑ ΜΔΘΟΓΟΗ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΔΗΑΓΧΓΖ ΜΔΘΟΓΟ FISCHER-TROPSCH ΜΔΘΟΓΟ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΒΗΟΚΑΤΗΜΧΝ ΜΔ ΠΤΡΟΛΤΖ ΒΗΟΜΑΕΑ ΒΑΗΚΑ ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΟΥΗ ΣΟΟ ΦΗΛΗΚΑ ΠΡΟ ΣΟ ΠΔΡΗΒΑΛΛΟΝ ΚΔΦΑΛΑΗΟ 4 ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΣΡΗΣΖ ΓΔΝΗΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΣΡΗΣΖ ΓΔΝΗΑ ΓΔΝΗΚΑ ΜΗΚΡΟΑΛΓΖ ΑΝ ΠΡΧΣΖ ΤΛΖ ΓΔΝΗΚΑ ΔΗΓΖ ΜΗΚΡΟΑΛΓΧΝ ΠΟΤ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΟΤΝΣΑΗ ΓΗΑ ΣΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΣΡΟΠΟΗ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΤΝΘΖΚΔ ΑΝΑΠΣΤΞΖ ΤΣΖΜΑΣΑ ΚΑΛΛΗΔΡΓΔΗΑ ΑΛΓΧΝ ΓΗΔΡΓΑΗΔ ΔΞΑΓΧΓΖ ΔΛΑΗΧΝ ΓΗΑΓΗΚΑΗΑ ΔΞΑΓΧΓΖ ΔΛΑΗΧΝ ΘΔΡΜΟΥΖΜΗΚΖ ΜΔΣΑΣΡΟΠΖ... 58

14 4.5 ΑΞΗΟΠΟΗΖΖ ΣΧΝ ΜΗΚΡΟΑΛΓΧΝ ΒΖΜΑΣΑ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΟΗΚΟΝΟΜΗΚΑ ΓΔΓΟΜΔΝΑ ΠΔΡΗΘΧΡΗΑ ΒΔΛΣΗΧΖ ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5 ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ ΓΔΝΗΚΑ ΓΗΑ ΣΖΝ ΚΑΣΑΛΤΖ ΟΡΗΜΟΗ ΟΜΟΓΔΝΖ ΚΑΗ ΔΣΔΡΟΓΔΝΖ ΚΑΣΑΛΤΖ ΑΠΟΓΟΖ ΗΟΡΡΟΠΗΑ ΚΑΗ ΠΡΑΓΜΑΣΗΚΖ ΑΠΟΓΟΖ ΚΑΣΑΛΤΣΗΚΟ ΚΤΚΛΟ ΤΓΡΟΓΟΝΟΚΑΣΔΡΓΑΗΑ ΔΗΑΓΧΓΖ ΚΑΣΑΛΤΣΔ ΤΓΡΟΓΟΝΟΚΑΣΔΡΓΑΗΑ ΑΝΣΗΓΡΑΔΗ ΗΣΟΡΗΚΑ ΓΔΓΟΜΔΝΑ ΤΓΡΟΓΟΝΟΔΠΔΞΔΡΓΑΗΑ ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΤΓΡΟΓΟΝΟΔΠΔΞΔΡΓΑΗΑ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ ΑΝ ΠΡΧΣΖ ΤΛΖ ΓΔΝΗΚΑ ΜΔΘΟΓΟ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΓΔΝΗΚΑ ΜΔΘΟΓΟ ΓΗΑ ΣΟΝ ΜΔΣΑΥΖΜΑΣΗΜΟ ΣΧΝ ΔΛΑΗΧΝ ΚΑΣΑΛΤΣΔ ΔΠΗΛΟΓΖ ΚΑΣΑΛΤΣΖ ΤΓΚΡΗΖ-ΑΞΗΟΛΟΓΖΖ ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ ΜΟΝΑΓΑ ΤΓΡΟΓΟΝΟΔΠΞΔΡΓΑΗΑ... 79

15 5.6.1 ΠΔΡΗΓΡΑΦΖ ΠΗΛΟΣΗΚΖ ΜΟΝΑΓΑ ΠΔΡΗΓΡΑΦΖ ΠΔΗΡΑΜΑΣΟ ΗΓΗΟΣΖΣΔ ΣΟΤ ΠΑΡΑΓΟΜΔΝΟΤ ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ ΠΗΝΑΚΑ ΟΡΟΛΟΓΗΑ ΤΝΣΜΖΔΗ ΑΡΚΣΗΚΟΛΔΞΑ ΑΚΡΧΝΤΜΗΑ ΠΑΡΑΡΣΖΜΑ Η ΗΓΗΟΣΖΣΔ ΚΑΗ ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΑ ΚΑΤΗΜΧΝ Ππθλφηεηα Δηδηθφ βάξνο Θείν ΔΞΟΠΛΗΜΟ ΚΑΗ ΜΔΘΟΓΟΗ ΑΝΑΛΤΔΧΝ ΠΡΟΓΗΟΡΗΜΟ ΖΜΔΗΟΤ ΡΟΖ ΠΡΟΓΗΟΡΗΜΟ ΠΤΚΝΟΣΖΣΑ Δ ΚΑΤΗΜΑ ΠΡΟΓΗΟΡΗΜΟ ΘΔΗΟΤ ΠΡΟΓΗΟΡΗΜΟ ΑΕΧΣΟΤ ΠΡΟΓΗΟΡΗΜΟ ΣΟΤ ΑΝΘΡΑΚΑ ΚΑΗ ΣΟΤ ΤΓΡΟΓΟΝΟΤ ΠΡΟΓΗΟΡΗΜΟ ΖΜΔΗΟΤ ΑΝΑΦΛΔΞΖ ΠΡΟΓΗΟΡΗΜΟ ΚΗΝΖΜΑΣΗΚΟΤ ΗΞΧΓΔ ΠΡΟΓΗΟΡΗΜΟ ΖΜΔΗΟΤ ΑΠΟΦΡΑΞΖ ΦΤΥΡΟΤ ΦΗΛΣΡΟΤ ΑΝΑΦΟΡΔ

16 ΚΑΣΑΛΟΓΟ ΥΖΜΑΣΧΝ ρήκα 2.1: Γηαγξακκαηηθή απεηθφληζε ηεο παξαγσγήο βηνληήδει ρήκα 2.2: Γηαδηθαζία κεηεζηεξνπνίεζεο γηα ηελ παξαγσγή βηνληήδει ρήκα 2.3: Μεηεζηεξνπνίεζε ή αιθνφιπζε ρήκα 2.4: Αληίδξαζε κεηεζηεξνπνίεζεο ρήκα 2.5: Τδξφιπζε εζηέξσλ θαη ζαπσλνπνίεζε ηνπο ρήκα 2.6: Δζηεξνπνίεζε ειεχζεξσλ ιηπαξψλ νμέσλ ρήκα 4.1: Γηάγξακκα ξνήο ελφο ζπζηήκαηνο κηθξναιγψλ ρήκα 4.2: Γηαδηθαζία ηαρείαο ππξφιπζεο ρήκα 4.3: πζθεπή πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ πδξνγφλσζε ρήκα 5.1: Ο θαηαιπηηθφο θχθινο πνπ παξαζηάλεη ηελ φμηλε αθπδάησζε ηεο ηξηηνηαγνχο βνπηπιηθήο αιθνφιεο πξνο ηνλ αληίζηνηρν αηζέξα ρήκα 5.2: ρεκαηηθφ δηάγξακκα ηεο ξνήο ηεο κνλάδαο... 80

17

18 ΚΑΣΑΛΟΓΟ ΔΗΚΟΝΧΝ Δηθφλα 2.1: Ζιίαλζνο Δηθφλα 2.2: Διαηνθξάκβε Δηθφλα 2.3: Εαραξνθάιακν Δηθφλα 2.4: Αξαβφζηηνο Δηθφλα 2.5: φγηα Δηθφλα 2.6: Αγξηαγθηλάξα Δηθφλα 3.1: Σερλνινγίεο παξαγσγήο βηνθαπζίκσλ 2 εο γεληάο Δηθφλα 3.2: Παξαγσγή F-T βηνληήδει Δηθφλα 4.1: Απφδνζε ζε έιαηα ησλ δηαθφξσλ πεγψλ βηνθαπζίκσλ Δηθφλα 4.2: Σερλεηέο ιίκλεο ειηζζφκελνπ ζηίβνπ Δηθφλα 4.3: θσηνβηναληηδξαζηήξεο πνπ ηξνθνδνηνχληαη κε αέξα εκπινπηηζκέλν κε CO Δηθφλα 4.4: Βηναληηδξαζηήξαο κηθξναιγψλ ζε ζπλδπαζκφ κε ζηαζκφ παξαγσγήο ελέξγεηαο ιηγλίηε Δηθφλα 5.1: Πηινηηθή κνλάδα πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο Δηθφλα 5.2: χζηεκα ηξνθνδνζίαο Δηθφλα 5.3: Αληηδξαζηήξαο Δηθφλα 5.4: Αληηδξαζηήξαο θαη ζεξκνζηνηρεία Δηθφλα 5.5: πκππθλσηήο δηπινχ ζσιήλα θαη δηαρσξηζηήο Δηθφλα 5.6: Σξίνδε βάλα γηα ηε ζπιινγή πγξνχ πξντφληνο Δηθφλα 5.7: αθνχια δεηγκαηνιεςίαο 84 Δηθφλα 5.8: Δξγαιείν πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ θφξησζε ηνπ αληηδξαζηήξα Δηθφλα 5.9: Δμάξηεκα πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε ζηεξέσζε ηνπ ζεξκνζηνηρείνπ Δηθφλα 5.10: ρέδην θφξησζεο αληηδξαζηήξα Δηθφλα 5.11: Σεγαλέιαην Δηθφλα 5.12: Τδξνγνλνεπεμεξγαζκέλν βηνληήδει δεχηεξεο γεληάο... 92

19

20 ΚΑΣΑΛΟΓΟ ΠΗΝΑΚΧΝ Πίλαθαο 1.1: Καηαλάισζε θαπζίκσλ ζηελ Διιάδα ζηνλ ηνκέα ησλ κεηαθνξψλ Πίλαθαο 2.1: Σξηγιπθεξίδηα ειαίσλ θαη δσηθψλ ιηπψλ Πίλαθαο 2.2: χγθξηζε κεζφδσλ Πίλαθαο 2.3: Δθπνκπέο αεξίσλ δηαθφξσλ ηχπνπ βηνληήδει Πίλαθαο 2.4: Υαξαθηεξηζηηθά βηνληήδει έλαληη ζπκβαηηθνχ ληήδει Πίλαθαο 5.1: πλζήθεο ιεηηνπξγίαο γηα ηνπο θαηαιχηεο Πίλαθαο 5.2: χγθξηζε ηεο πνηφηεηαο ησλ πδξνγνλνθαηεξγαζκέλσλ πξντφλησλ Πίλαθαο 5.3: Ηδηφηεηεο ηξνθνδνζίαο-πξντφλησλ Πίλαθαο 5.4: Δχξνο ζεξκνθξαζηψλ ησλ ηξηψλ πξντφλησλ θαηά ηελ απφζηαμή ηνπο Πίλαθαο 5.5: Ηδηφηεηεο παξαγφκελνπ βηνληήδει... 91

21 ΠΡΟΛΟΓΟ Ζ παξνχζα εξγαζία πξαγκαηνπνηήζεθε γηα ηηο απαηηήζεηο ηνπ πξνγξάκκαηνο ζπνπδψλ ηνπ Σκήκαηνο Σερλνινγίαο Πεηξειαίνπ θαη Φπζηθνχ Αεξίνπ ηνπ νπνίνπ θνηηψ. Ο ρψξνο δηεμαγσγήο ηεο εξγαζίαο ήηαλ ην Δζληθφ Κέληξν Έξεπλαο θαη Σερλνινγηθήο Αλάπηπμεο ζην ηερλνινγηθφ πάξθν ηεο Θεζζαινλίθεο. Ζ εξγαζία δηεμήρζε γηα λα απνηειέζεη ηελ Πηπρηαθή κνπ Δξγαζία θαη έγηλε θαηά ην ρξνληθφ δηάζηεκα πνπ πξαγκαηνπνηνχζα ηελ Πξαθηηθή κνπ εμάζθεζε.

22 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ 1. ΚΔΦΑΛΑΗΟ 1 ΔΗΑΓΧΓΖ ΣΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΓΔΝΗΚΑ 1.1 ΔΗΑΓΧΓΖ Σα ηειεπηαία ρξφληα παξαηεξείηαη παγθνζκίσο έλα απμαλφκελν ελδηαθέξνλ θαη πάιη γηα ηα βηνθαχζηκα, σο ελαιιαθηηθή πεγή ελέξγεηαο, ζε κηα πξνζπάζεηα λα αληηθαηαζηήζνπλ κέξνο ησλ πξντφλησλ πνπ πξνέξρνληαη απφ ην πεηξέιαην. Με ηνλ φξν βηνθαχζηκα νλνκάδνληαη θαχζηκα πξντφληα ζε ζηεξεά, πγξή, ή αέξηα κνξθή, ηα νπνία κπνξνχλ λα παξάγνπλ ελέξγεηα θαη πξνέξρεηαη απφ βηνκάδα. Βηνκάδα, είλαη νπνηνδήπνηε βηναπνηθνδνκήζηκν θιάζκα πξντφλησλ, απνβιήησλ θαη θαηαινίπσλ απφ γεσξγηθέο, δαζνθνκηθέο θαη ζπλαθείο βηνκεραληθέο δξαζηεξηφηεηεο θαζψο θαη ην βηναπνηθνδνκήζηκν θιάζκα ησλ βηνκεραληθψλ θαη αζηηθψλ ιπκάησλ. ηελ θαηεγνξία ησλ βηνθαπζίκσλ εκπίπηνπλ ε βηναηζαλφιε, ην βηνληήδει, ην βηναέξην, ε βηνκεζαλφιε, ν βηνδηκεζπιεζηέξαο, ν βίν-δσβδ (αηζπινηξηηνβνπηπιαηζέξαο), ν βίν-μσβδ (κεζπινηξηηνβνπηπιαηζέξαο), ηα ζπλζεηηθά θαχζηκα (ζπλζεηηθνί πδξνγνλάλζξαθεο ή κείγκαηα ζπλζεηηθψλ πδξνγνλαλζξάθσλ πνπ έρνπλ παξαρζεί απφ βηνκάδα), ην βίνπδξνγφλν θαη ηα θαζαξά θπηηθά έιαηα. Σα πην γλσζηά πγξά θαχζηκα ζην εκπφξην είλαη ην βηνληήδει θαη ε βηναηζαλφιε. Ζ βηναηζαλφιε είλαη ην βηνθαχζηκν πνπ αληηθαηαζηεί ηε βελδίλε θαη ην βηνληήδει αληίζηνηρα ην ληήδει. Σα ηειεπηαία ρξφληα ζηελ Δπξψπε ηα βηνθαχζηκα, άξρηζαλ λα δηεθδηθνχλ κέξνο ηεο αγνξάο θαπζίκσλ ζηηο κεηαθνξέο αιιά θαη ζε άιιεο δξαζηεξηφηεηεο. Ζ Δπξσπατθή Δπηηξνπή κε ηελ Οδεγία 2003/30 είρε νξίζεη φηη κέρξη ην 2010 ζα πξέπεη ην 5,75% ησλ θαπζίκσλ θίλεζεο ησλ νρεκάησλ λα είλαη βηνθαχζηκα. Αθφκε ε ελίζρπζε ησλ βηνθαπζίκσλ θαη γεληθά ησλ αλαλεψζηκσλ πεγψλ ελέξγεηαο ζπλερίδεηαη κε ηελ έθδνζε απφ ηελ Δπξσπατθή Δπηηξνπή ησλ νδεγηψλ 2009/28 γηα ηηο αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο (RED) ε νπνία θαζνξίδεη ηελ πνηφηεηα ησλ θαπζίκσλ (FQD). Οη νδεγίεο απηέο νξίδνπλ θξηηήξηα αεηθνξίαο γηα ηα βηνθαχζηκα, πνζνζηά ζηφρνπο ππνθαηάζηαζεο ησλ ζπκβαηηθψλ θαπζίκσλ γηα ην 2020 θαη αληίζηνηρα πνζνζηά κείσζεο γηα ηα εθπεκπφκελα αέξηα ζεξκνθεπίνπ (GHG) απφ ηα δηαηηζέκελα ζηελ Δ.Δ. θαχζηκα. Ζ Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

23 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 1: ΔΗΑΓΧΓΖ ΣΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ νδεγία 2009/28 νξίδεη φηη κέρξη ην 2020 ην 20% ηεο θαηαλαιηζθφκελεο ελέξγεηαο ζηελ Δ.Δ. αιιά θαη ην 10% ηεο ελεξγεηαθήο θαηαλάισζεο ζηηο κεηαθνξέο δειαδή ην 10% ηεο βελδίλεο θαη ηνπ ληήδει ζα πξέπεη λα πξνέξρεηαη απφ αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο. Οη ιφγνη πνπ ιακβάλνληαη ηα παξαπάλσ κέηξα είλαη θπξίσο πεξηβαιινληηθνί θαη γεσπνιηηηθνί θαη δεπηεξεχνληνο νηθνλνκηθνί θαη θνηλσληθνί. Οη ιφγνη απνζθνπνχλ θπξίσο ζε δχν ζηφρνπο: ηε κείσζε ησλ εθπνκπψλ ησλ αέξησλ ηνπ ζεξκνθεπίνπ (θπξίσο δηνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα) ζηνλ ηνκέα ησλ κεηαθνξψλ. Ζ ζπκβνιή ηνπ ηνκέα ησλ κεηαθνξψλ ζην θαηλφκελν ηνπ ζεξκνθεπίνπ είλαη θαηαιπηηθή θαη γηα ην ιφγν απηφ θαινχληαη ηα βηνθαχζηκα λα αληηθαηαζηήζνπλ φζν ην δπλαηφλ κεγαιχηεξν πνζνζηφ ηεο βελδίλεο θαη ηνπ ληήδει. ηε ζπκβνιή επίηεπμεο ησλ εζληθψλ ζηφρσλ (ππνρξεψζεσλ) ηνπ Πξσηνθφιινπ ηνπ Κηφην ζρεηηθά κε ηηο θιηκαηηθέο αιιαγέο θαη ζηελ αλακελφκελε επηβνιή πεξηνξηζκψλ ζηηο εθπνκπέο ξχπσλ απφ ηα θαπζαέξηα ησλ θηλεηήξσλ ησλ απηνθηλήησλ. Αθφκα απνζθνπνχλ ζηελ εμαζθάιηζε εθνδηαζκνχ κε θαχζηκα ηεο εθάζηνηε ρψξαο θαη ζηε κείσζε ησλ εηζαγσγψλ θαη ηεο εμάξηεζεο απφ ηηο πεηξειαηνπαξαγσγέο ρψξεο. ε αληίζεζε κε ην αξγφ πεηξέιαην, νη πξψηεο χιεο γηα ηα βηνθαχζηκα είλαη πην νκνηφκνξθα θαηαλεκεκέλεο, είλαη δηαζέζηκεο ζε θάζε ρψξα αλ θαη πνηθίινπλ ζε θφζηνο θαη πνηφηεηα. Οη ιφγνη ζρεηίδνληαη κε δχν θχξηνπο παξάγνληεο. Με ηελ δεκηνπξγία λέσλ πεδίσλ επηρεηξεκαηηθήο θαη εκπνξηθήο δξαζηεξηφηεηαο ζε έλαλ ηνκέα κε κεγάιν θχθιν εξγαζηψλ, ηνλ ηνκέα ησλ θαπζίκσλ. Σελ αλάπηπμή ηνπο ζε ρψξεο θαη πεξηνρέο πνπ κέρξη ζήκεξα δελ ζρεηίδνληαη κε ηελ εμφξπμε πεηξειαίνπ. Σελ απμαλφκελε ηηκή ηνπ πεηξειαίνπ πνπ θάλεη ηηο ελαιιαθηηθέο ιχζεηο βηψζηκεο νηθνλνκηθά θαη ην θφζηνο ησλ λέσλ θαπζίκσλ αληαγσληζηηθφ ζηα παξάγσγα ηνπ πεηξειαίνπ. Σέινο, νη ιφγνη απνβιέπνπλ ζηε δπλαηφηεηα ράξαμεο λέαο αγξνηηθήο πνιηηηθήο θαη εμαζθάιηζεο λέσλ αγξνηηθψλ δξαζηεξηνηήησλ ζε εζληθφ αιιά θαη ζε παγθφζκην επίπεδν, δεκηνπξγψληαο λέεο ζέζεηο εξγαζίαο. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

24 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Δπίζεο δεκηνπξγνχληαη θαηάιιειεο πξνυπνζέζεηο γηα ηελ πξνψζεζε αγξνηηθήο πεξηθεξεηαθήο αλάπηπμεο. Αμίδεη λα αλαθεξζεί πσο πέξα απφ ηνπο πξναλαθεξζέληεο ιφγνπο, ηα βηνθαχζηκα παξνπζηάδνπλ έλα ζεκαληηθφ πξνβάδηζκα έλαληη ησλ άιισλ ελαιιαθηηθψλ θαπζίκσλ φπσο ην ζπκπηεζκέλν θπζηθφ αέξην, ην πγξαέξην, ν ειεθηξηζκφο, ην πδξνγφλν γηα ηνπο ιφγνπο πσο, ηελ πγξή ηνπο κνξθή, ηα βηνθαχζηκα ρξεηάδνληαη κηθξή κεηαηξνπή γηα ηελ απνζήθεπζε θαη δηαλνκή ηνπο. Οη ηξνπνπνηήζεηο ησλ νρεκάησλ πνπ ιεηηνπξγνχλ κε βηνθαχζηκα είλαη κηθξέο έσο ειάρηζηεο. ηνλ αληίπνδα φισλ ησλ παξαπάλσ βξίζθνληαη νη πξνβιεκαηηζκνί πνπ αλαθχπηνπλ απφ ηελ επέθηαζε ησλ ελεξγεηαθψλ θαιιηεξγεηψλ θαη ηεο ρξήζεο ησλ βηνθαπζίκσλ. Οη πξνβιεκαηηζκνί απηνί θηλνχληαη ζε δχν βαζηθνχο άμνλεο, ζε πεξηβαιινληηθά δεηήκαηα θαη ζηνλ αληαγσληζκφ βηνθαπζίκσλ θαη ηξνθίκσλ. Γηάθνξεο πξνζπάζεηεο γίλνληαη γηα ηελ κειέηε ηνπ ελεξγεηαθνχ ηζνδπγίνπ ηεο αιπζίδαο παξαγσγήο βηνθαπζίκσλ, δειαδή ηελ πνζφηεηα ελέξγεηαο πνπ δαπαλάηαη θαηά ηελ παξαγσγηθή δηαδηθαζία πνπ πξνέξρεηαη απφ νξπθηά θαχζηκα ζε ζρέζε κε ηελ ηειηθή ελέξγεηα πνπ παξέρνπλ ηα βηνθαχζηκα, θαζψο ε παξαγσγή βηνθαπζίκσλ απφ κφλε ηεο απαηηεί ηελ θαηαλάισζε κεγάισλ πνζνηήησλ ελέξγεηαο. ηα αξλεηηθά ηεο εληαηηθνπνίεζεο ησλ ελεξγεηαθψλ θαιιηεξγεηψλ ζπγθαηαιέγνληαη, ε ππνβάζκηζε ησλ βηνηφπσλ θαη ηεο βηνπνηθηιφηεηαο, ε κεγάιε θαηαλάισζε πνζνηήησλ λεξνχ θαη ε απνςίισζε δαζηθψλ εθηάζεσλ. Ζ θαιιηέξγεηα αγξνηηθψλ πξντφλησλ σο πξψηεο χιεο γηα ηελ παξαγσγή βηνθαπζίκσλ έλαληη ηεο παξαγσγήο ηξνθίκσλ εγείξεη αλεζπρίεο, θαζψο θαχζηκα θαη ηξφθηκα αληαγσλίδνληαη γηα γε θαη πφξνπο. Σα πξνβιήκαηα απηά είλαη δπλαηφλ λα δηεπζεηεζνχλ εθφζνλ ηα βηνθαχζηκα αλαπηπρζνχλ πξνζεθηηθά θαη κε θξηηήξηα βησζηκφηεηαο, δειαδή ζσζηή θπηεία, ζσζηή επηινγή εθηάζεσλ θαιιηέξγεηαο θαη ζσζηή πνζφηεηα. Δπίζεο ηα βηνθαχζηκα δεχηεξεο γεληάο πνπ εμεηάδνληαη πην ζπγθεθξηκέλα ζηελ παξνχζα εξγαζία, ζεσξνχληαη σο κία Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

25 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 1: ΔΗΑΓΧΓΖ ΣΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ πνιιά ππνζρφκελε απάληεζε πνπ αλακέλεηαη λα αιιάμεη ην ελεξγεηαθφ αιιά θαη θαη επέθηαζε ην νηθνλνκηθφ ηνπίν. 1.2 ΗΣΟΡΗΚΖ ΑΝΑΓΡΟΜΖ ΓΔΝΗΚΑ Ζ ρξήζε πγξψλ βηνθαπζίκσλ ζηηο κεηαθνξέο δελ απνηειεί εγρείξεκα ησλ ηειεπηαίσλ δεθαεηηψλ. Ζ ηζηνξία ησλ βηνειαίσλ σο θαχζηκα θίλεζεο μεθηλά πξηλ απφ έλαλ αηψλα, φηαλ ν Γξ. Rudolf Diesel θαηαζθεχαζε ηνλ Αχγνπζην ηνπ 1893 ηνλ νκψλπκν θηλεηήξα, ρξεζηκνπνηψληαο σο θαχζηκν γηα ηελ ιεηηνπξγία ηνπ ην αξαρηδέιαην (θπζηηθέιαην). Ο Γξ. Rudolf Diesel παξνπζίαζε ηελ θαηλνηφκν κεραλή ηνπ ζηελ παγθφζκηα έθζεζε ηνπ 1900 ζην Παξίζη ε νπνία ιεηηνχξγεζε κε θπζηηθέιαην θαη είρε θάλεη ηελ δήισζε: ε κεραλή diesel κπνξεί λα θηλεζεί κε ηα θπηηθά έιαηα θαη ζα κπνξνχζε λα βνεζήζεη αξθεηά ζηελ αλάπηπμε ηεο γεσξγίαο ησλ ρσξψλ πνπ ηελ ρξεζηκνπνηνχλ. Λίγα ρξφληα αξγφηεξα ην 1912 ν Γξ. Rudolf Diesel πξνθεηηθά δήισζε. Ζ ρξήζε θπηηθψλ ειαίσλ ζαλ θαχζηκα κεραλψλ θαίλεηαη αζήκαληε ζήκεξα. κσο ηέηνηα έιαηα κπνξεί λα γίλνπλ κε ηελ πάξνδν ηνπ ρξφλνπ ηφζν ζεκαληηθά φζν είλαη ζήκεξα ην πεηξέιαην θαη ην θάξβνπλν. Σειηθά θαζηεξψζεθε ην πεηξέιαην αθνχ ππεξείρε ζε πνζνηηθή δηαζεζηκφηεηα πξψηεο χιεο αιιά θαη σο νηθνλνκηθφηεξε θαη επθνιφηεξε παξαγσγή απφ απηήλ ησλ θπηηθψλ ειαίσλ. Ο Nikolaus August Otto εθεχξε ηνλ θηλεηήξα Otto κε ζθνπφ λα ιεηηνπξγεί κε ρξήζε αηζαλφιεο. Ο Henry Ford ζρεδίαζε ην απηνθίλεην Ford Model T λα ρξεζηκνπνηεί σο θαχζηκν απνθιεηζηηθά αηζαλφιε. Αθφκε θαηά ηελ πεξίνδν ηνπ δεχηεξνπ παγθνζκίνπ πνιέκνπ «ν άμνλαο» αληηκεηψπηδε έιιεηςε πγξψλ θαπζίκσλ (θπξίσο πεηξειαίνπ) γηα ηελ πξαγκαηνπνίεζε ησλ κεγαιεπήβνισλ ζηφρσλ ηνπ, νπφηε ζηξάθεθε ζε επηζηεκνληθέο έξεπλεο γηα ηελ αληηθαηάζηαζε ηνπ πεηξειαίνπ απφ θπηηθά έιαηα. Ζ αλαθάιπςε θνηηαζκάησλ πεηξειαίνπ ζηελ Ακεξηθή κείσζε ζεκαληηθά ηελ ηηκή ηνπ πεηξειαίνπ ζηξέθνληαο ηηο απηνθηλεηνβηνκεραλίεο ζηε ρξήζε θαπζίκσλ πεηξειατθήο βάζεο ζηα νρήκαηά ηνπο. Μέρξη ην δεχηεξν παγθφζκην πφιεκν ηα βηνθαχζηκα ρξεζηκνπνηνχληαλ σο ελαιιαθηηθφ θαχζηκν ηνπ πεηξειαίνπ ζηα νρήκαηα. Μεηά ην ηέινο ηνπ πνιέκνπ φκσο, ην πξνεξρφκελν απφ ηελ Μέζε Αλαηνιή θηελφ πεηξέιαην κείσζε Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

26 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ θαηαθφξπθα ηε δήηεζε γηα ηα βηνθαχζηκα. Ζ πεηξειατθή θξίζε ηνπ 1973 θαη 1979 αλαλέσζε ην ελδηαθέξνλ γηα ηα βηνθαχζηκα, γεγνλφο πνπ δηήξθεζε κέρξη ην 1996 φπνηε ε ηηκή ηνπ πεηξειαίνπ κεηψζεθε ζεκαληηθά. Ο ππεξδηπιαζηαζκφο ηεο ηηκήο ηνπ πεηξειαίνπ ζην δηάζηεκα θαζψο θαη νη απαηηήζεηο ζε πεξηβαιινληηθά ζέκαηα πνπ πεγάδνπλ απφ ην πξσηφθνιιν ηνπ Κηφην νδήγεζαλ ζηελ εδξαίσζε κηαο πνιιά ππνζρφκελεο βηνκεραλίαο παξαγσγήο βηνθαπζίκσλ ζε παγθφζκηα θιίκαθα. 1.3 ΣΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΚΑΗ ΣΟ ΜΔΛΛΟΝ ΔΗΑΓΧΓΖ Ηζηνξηθά ηα πξψηα θαχζηκα πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ απφ ηνλ άλζξσπν αλήθαλ ζηελ θαηεγνξία ησλ βηνθαπζίκσλ. Έηζη ην μχιν, ην ιίπνο, ηα θπηηθά ιάδηα αιιά θαη ηα απνζηάγκαηα, φληαο νξγαληθήο πξνέιεπζεο, εκπίπηνπλ ζηελ θαηεγνξία ησλ βηνθαπζίκσλ. Ζ κεγάιε αλάγθε ζε θζελά θαχζηκα κεγάινπ ελεξγεηαθνχ πεξηερνκέλνπ κεηά ηελ βηνκεραληθή επαλάζηαζε, ε νπνία ζπλερίδεη απμαλφκελε έσο θαη ζήκεξα, ελίζρπζε ζεκαληηθά ηε ρξήζε νξπθηψλ θαπζίκσλ, άλζξαθα αξρηθά θαη πεηξειατθψλ παξαγψγσλ αξγφηεξα, ζε βάξνο παξαδνζηαθψλ βηνθαπζίκσλ. Σα πξνβιήκαηα ζέξκαλζεο ηνπ πιαλήηε (θαηλφκελν ηνπ ζεξκνθεπίνπ) ηα νπνία ζρεηίδνληαη άκεζα κε ην πεξηερφκελν ησλ θαπζίκσλ ζε άλζξαθα θαη ην εθπεκπφκελν θαηά ηελ θαχζε δηνμείδην ηνπ άλζξαθα (CO 2 ), έρνπλ δεκηνπξγήζεη θαηά ηα ηειεπηαία ρξφληα έλα θιίκα αιιαγήο πξνο ηα βηνθαχζηκα ηα νπνία θαινχληαη λα αληηθαηαζηήζνπλ έλα κέξνο ησλ ζπκβαηηθψλ θαπζίκσλ νξπθηήο πξνέιεπζεο. ηα ζπκβαηηθά θαχζηκα αλήθνπλ ε βελδίλε, ην πεηξέιαην θίλεζεο (ληήδει) θαη ηα θαχζηκα αεξνζηξνβίισλ ἠ αεξνπνξίαο (jet fuels). ηνλ παξαθάησ πίλαθα θαίλεηαη ε θαηαλάισζε απηψλ ησλ θαπζίκσλ ζηελ Διιάδα απφ ην 1995 έσο ην 2004 φπσο δφζεθε απφ ην Τπνπξγείν Αλάπηπμεο (Δλεξγεηαθφ Ηζνδχγην Διιάδαο ). Δίλαη θαλεξφ φηη ε θαηαλάισζή ηνπο απμάλεηαη θαη φηη ν ηνκέαο ησλ κεηαθνξψλ εμαξηάηαη ζρεδφλ απνθιεηζηηθά απφ ην πεηξέιαην. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

27 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 1: ΔΗΑΓΧΓΖ ΣΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ Μνλάδα κέηξεζεο : (ρηιηφηνλνη) 1000 Σ.Η.Π Δηζαγωγέο ύλνιν Άλζξαθαο Κψθ Αξγφ πεηξέιαην Πεηξειατθά πξντφληα Φπζηθφ Αέξην Ζιεθηξηθή ελέξγεηα Πίλαθαο 1.1: Καηαλάισζε θαπζίκσλ ζηελ Διιάδα ζηνλ ηνκέα ησλ κεηαθνξψλ ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΑ ΚΑΤΗΜΧΝ Ζ βελδίλε είλαη έλα κίγκα πδξνγνλαλζξάθσλ παξαγφκελν απφ ην πεηξέιαην θαη ρξεζηκνπνηείηαη σο θαχζηκν ζηηο κεραλέο εζσηεξηθήο θαχζεο. Σν ελεξγεηαθφ πεξηερφκελν ηεο βελδίλεο είλαη πεξίπνπ 32 MJ/l. Σα φξην ηεο απφζηαμεο ηεο βελδίλεο κπνξεί λα πνηθίινπλ αιιά θπκαίλνληαη ζπλήζσο απφ o C θαζψο απνηειείηαη απφ πδξνγνλάλζξαθεο κεηαμχ C 4 θαη C 12. Πξνζκίμεηο ηέηνηεο φπσο ελψζεσλ ηνπ ζείνπ ζα πξέπεη λα αθαηξνχληαη γηαηί πξνθαινχλ δηάβξσζε ζηηο κεραλέο. Σν ληήδει είλαη πξντφλ κέζεο απφζηαμεο ηνπ πεηξειαίνπ κε φξηα απφζηαμεο o C θαη απνηειείηαη απφ αιεηθαηηθνχο πδξνγνλάλζξαθεο κεηαμχ C 12 θαη C 18. Αλάινγα κε ην επηζπκεηφ πξντφλ, ην ληήδει κπνξεί λα πεξηέρεη ην πεξηζζφηεξν ή θαη φιν ην πνζνζηφ ησλ θαπζίκσλ αεξνπνξίαο. Δλψ νη κεραλέο βελδίλεο βαζίδνληαη ζηελ αλάθιεμε κε ζπηλζήξα, νη ληεδεινκεραλέο ιεηηνπξγνχλ κε αλάθιεμε κε ζπκπίεζε. Δπνκέλσο νη ηδηφηεηεο ηνπ ληήδει είλαη αληίζεηεο κε ηεο βελδίλεο. Ζ ππθλφηεηα ηνπ ληήδει είλαη πεξίπνπ 0.85 g/ml, ελψ ηεο βελδίλεο είλαη 0.72 g/ml. ηαλ θαίγεηαη απνδίδεη 40.9 MJ/l, 15% παξαπάλσ απφ ηελ βελδίλε. Σν ληήδει δηπιίδεηαη πνιχ πην εχθνια απφ ηε βελδίλε θαη ζπρλά θνζηίδεη ιηγφηεξν. Έρεη φκσο πςειφηεξε πεξηεθηηθφηεηα ζε ζείν, αλ θαη ζηελ Δπξψπε νη θαλνληζκνί γηα ηηο εθπνκπέο ξχπσλ θαη ε θνξνιφγεζε αλάγθαζαλ ηα δηπιηζηήξηα λα κεηψζνπλ ζεκαληηθά ηα επίπεδα ζείνπ ζηα θαχζηκα ληήδει. ηηο ΖΠΑ επίζεο Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

28 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ πηνζεηήζεθαλ πην απζηεξνί θαλνληζκνί εθπνκπψλ κε ηε κεηάβαζε ζε ληήδει εμαηξεηηθά ρακεινχ ζείνπ. (Ultra-Low Sulfur Diesel, ULSD). Ζ επηηξεπφκελε πεξηεθηηθφηεηα ζε ζείν γηα ην ULSD (10 ppm) είλαη πνιχ ρακειφηεξε απφ ηα πξνεγνχκελα ακεξηθάληθα πξφηππα γηα ληήδει ρακεινχ ζείνπ (Low Sulfur Diesel, LSD, 500 ppm), γεγνλφο πνπ φρη κφλν κεηψλεη ηηο εθπνκπέο ελψζεσλ ζείνπ (ππεχζπλεο γηα ηελ φμηλε βξνρή), αιιά θαη επηηξέπεη λα εγθαηαζηαζνχλ ζηα απηνθίλεηα πξνεγκέλα ζπζηήκαηα ειέγρνπ κείσζεο εθπνκπψλ ηα νπνία δηαθνξεηηθά ζα δειεηεξηάδνληαλ απφ απηέο ηηο ελψζεηο. Απηά ζηα ζπζηήκαηα κπνξνχλ λα κεηψζνπλ θαηά πνιχ ηηο εθπνκπέο ησλ νμεηδίσλ ηνπ αδψηνπ θαη ησλ ζσκαηηδίσλ απφ ηηο εμαηκίζεηο ησλ νρεκάησλ. Σέινο ηα θαχζηκα αεξνζηξνβίισλ (jet fuels) ή θαχζηκα αεξνπνξίαο είλαη επίζεο έλα άιιν ζεκαληηθφ θαχζηκν πνπ παξάγεηαη ζην δηπιηζηήξην. Απηά ηα θαχζηκα παξάγνληαη θαηά κεγάιν πνζνζηφ ζηε κνλάδα πδξνγνλνππξφιεζεο θαη έρνπλ εχξνο απφζηαμεο o C. ε κεξηθέο πεξηπηψζεηο πεξηιακβάλνπλ θαη ειαθξχηεξα θιάζκαηα, ελψ ην ηειηθφ πξντφλ παξάγεηαη κε ηελ αλάκημε δηαθνξεηηθψλ ξεπκάησλ ηνπ δηπιηζηεξίνπ Ζ ΠΟΛΗΣΗΚΖ ΓΗΑ ΣΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ Σα βηνθαχζηκα πξφθεηηαη λα παίμνπλ ζεκαληηθφ ξφιν ζηελ επξσπατθή πνιηηηθή κεηαθνξψλ θαη ελέξγεηαο επεηδή απνηεινχλ κία απφ ηηο ιίγεο δηαζέζηκεο ελαιιαθηηθέο επηινγέο κε ηελ νπνία ε βελδίλε θαη ην πεηξέιαην θίλεζεο κπνξνχλ λα αληηθαηαζηαζνχλ σο θαχζηκα γηα ηηο κεηαθνξέο. Σα ραξαθηεξηζηηθά ηεο ελεξγεηαθήο πνιηηηθήο πξέπεη λα ζπκπεξηιακβάλνπλ δηεζλείο ζπλζήθεο, λνκνζεζίεο ζρεηηθά κε ηηο δηάθνξεο εκπνξηθέο δξαζηεξηφηεηεο ηεο ελέξγεηαο (δηαθίλεζε, κεηαθνξά, απνζήθεπζε), θίλεηξα γηα επελδχζεηο, νδεγίεο γηα παξαγσγή, κεηαηξνπή θαη ρξήζε ελέξγεηαο (πξφηππα απφδνζεο θαη εθπνκπήο αεξίσλ), θνξνινγία, έξεπλα θαη αλάπηπμε φζνλ αθνξά ηελ ελέξγεηα, ελεξγεηαθή νηθνλνκία, γεληθέο ζπκθσλίεο δηεζλνχο εκπνξίνπ θαη κάξθεηηλγθ, πνηθηινκνξθία ηεο ελέξγεηαο θαη παξάγνληεο θηλδχλνπ ζε αληίζεζε κε πηζαλή ελεξγεηαθή θξίζε. Σσξηλέο ελεξγεηαθέο πνιηηηθέο επίζεο αληηκεησπίδνπλ πεξηβαιινληηθά ζέκαηα, φπσο ηερλνινγίεο θηιηθέο πξνο ην πεξηβάιινλ πνπ απμάλνπλ ηνλ ελεξγεηαθφ εθνδηαζκφ θαη πξνσζνχλ κηα θαζαξφηεξε θαη απνδνηηθφηεξε ρξήζε ηεο ελέξγεηαο, πξνζηαηεχνληαο απφ ηελ κφιπλζε Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

29 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 1: ΔΗΑΓΧΓΖ ΣΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ηνπ αέξα, ην θαηλφκελν ηνπ ζεξκνθεπίνπ, ηελ ππεξζέξκαλζε ηνπ πιαλήηε θαη ηηο θιηκαηηθέο αιιαγέο. Ζ πνιηηηθέο γηα ην βηνληήδει ζα πξέπεη λα εζηηάδνπλ ζηελ πξνψζεζή ηνπ εμαιείθνληαο επηζεηηθά ηα εκπφδηα πνπ επηβάιινληαη απφ ηηο θπβεξλήζεηο. Οη πνιηηηθέο απηέο ζα πξέπεη λα βαζίδνληαη θπξίσο ζηελ θηινζνθία ηεο ειεπζεξίαο. Γεδνκέλνπ ηνπ ηζηνξηθνχ ηεο πνιηηηθήο ηνπ πεηξειαίνπ, είλαη επηηαθηηθή αλάγθε νη ζεκεξηλέο πνιηηηθέο λα εμαζθαιίζνπλ κηα ειεχζεξε αγνξά γηα ην βηνληήδει. Παξαγσγή φισλ ησλ κεγεζψλ πξέπεη λα είλαη ειεχζεξνη λα αληαγσληζηνχλ ζε απηήλ ηελ βηνκεραλία, ρσξίο γεσξγηθέο επηδνηήζεηο, θαλνληζκνχο θαη άιιεο παξεκβάζεηο πνπ ζηξεβιψλνπλ ηνπο φξνπο ηνπ αληαγσληζκνχ. Ζ παξαγσγή θαη ε ρξεζηκνπνίεζε ηνπ βηνληήδει δηεπθνιχλνληαη πξψηνλ απφ ηελ γεσξγηθή πνιηηηθή γηα επηδνηήζεηο θαιιηεξγεηψλ θαη δεχηεξσλ απφ ηελ απαιιαγή ηνπ βηνληήδει απφ ηνλ θφξν γηα ην πεηξέιαην. Ζ δήηεζε γηα ελέξγεηα απμάλεηαη θαζεκεξηλά ιφγσ ηεο ξαγδαίαο αχμεζεο ηνπ πιεζπζκνχ θαη ηηο αζηηθνπνίεζεο. Καζψο νη θχξηεο παξαδνζηαθέο πεγέο ελέξγεηαο φπσο ην θάξβνπλν, ην πεηξέιαην θαη ην θπζηθφ αέξην πξφθεηηαη λα εθιείςνπλ, ε βηνκάδα κπνξεί λα ζεσξεζεί σο κηα απφ ηηο πνιιά ππνζρφκελεο θηιηθέο πξνο ην πεξηβάιινλ επηινγέο αλαλεψζηκεο ελέξγεηαο. Έλα κειινληηθφ ζελάξην ελεξγεηαθήο πξνκήζεηαο απφ βηνκάδα πεξηιακβάλεη 385 εθαηνκκχξηα εθηάξηα θπηείαο παγθνζκίσο, θαηάιιεια γηα ηελ παξαγσγή ελέξγεηαο απφ βηνκάδα έσο ην 2050, κε ηα ηξία ηέηαξηα απηήο ηεο έθηαζεο λα βξίζθεηαη ζε αλαπηπζζφκελεο ρψξεο. Ζ κεγάιεο θιίκαθαο ρξήζε ηεο ελέξγεηαο απφ βηνκάδα ζηελ ΔΔ ζα δηεπθνιπλζεί απφ κηα Δπξσπατθή αγνξά βηνθαπζίκσλ. Πεξηνρέο πινχζηεο ζε πφξνπο βηνκάδαο κπνξνχλ λα γίλνπλ εμαγσγείο βηνθαπζίκσλ ζε πεξηνρέο κε ιηγφηεξεο δπλαηφηεηεο παξαγσγήο βηνθαπζίκσλ, γεγνλφο πνπ ζα απμήζεη ηελ ζπλνιηθή ρξήζε ελέξγεηαο απφ βηνκάδα ζηελ Έλσζε. Σν δηαπεξηθεξεηαθφ θαη δηεζλέο εκπφξην βηνθαπζίκσλ είλαη επίζεο κηα πηζαλή ζπλέπεηα ηεο απμαλφκελεο ρξήζεο απηήο ηεο ελέξγεηαο. Έρνπλ αλαθεξζεί δηάθνξα ζελάξηα γηα ηελ εθηίκεζε ηεο απφδνζεο ησλ βηνθαπζίκσλ απφ πεγέο βηνκάδαο ζην κειινληηθφ ελεξγεηαθφ ζχζηεκα. Ζ δηαζεζηκφηεηα ησλ πφξσλ είλαη έλαο ζεκαληηθφο παξάγνληαο ζηελ ρξήζε ηνπ βηνληήδει ζηνλ ειεθηξηζκφ, ηελ ζέξκαλζε θαη ηελ αγνξά πγξψλ θαπζίκσλ. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

30 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΚΑΗ ΑΤΣΟΚΗΝΖΣΟΒΗΟΜΖΥΑΝΗΑ Ήδε θάπνηεο εηαηξείεο απηνθηλήησλ έρνπλ ζηξέςεη ηελ πξνζνρή ηνπο ζηα βηνθαχζηκα. Ζ VOLVO έρεη ήδε δχν κνληέια πνπ ιεηηνπξγνχλ κε βηνθαχζηκα παξάγνληαο πνιχ ρακειφηεξνπο ξχπνπο απφ ηα αληίζηνηρα βελδηλνθίλεηα. Οκνίσο θαη ε SAAB κε ην κνληέιν Saab 9-X BioHybrid. Παξάδεηγκα πξνο κίκεζε απνηειεί ε Βξεηαληθή θαηαζθεπάζηξηα εηαηξεία Bentley πνπ έρεη γίλεη ν πξψηνο θαηαζθεπαζηήο ππεξπνιπηειψλ απηνθηλήησλ ζηνλ θφζκν ηνπ νπνίνπ φια ηα κνληέια ζα είλαη ζπκβαηά κε ηε ρξήζε βηνθαπζίκσλ. Οη πξψηνη θηλεηήξεο ηεο Bentley, πνπ ζα θαηαλαιψλνπλ θαη βηνθαχζηκα, ζα είλαη δηαζέζηκνη απφ ην 2012, φια ηα κνληέια ζηε γθάκα ηεο Βξεηαληθήο κάξθαο ζα είλαη ζπκβαηά κε ηε ρξήζε αλαλεψζηκσλ πεγψλ. Με ηε ρξήζε ησλ ελαιιαθηηθψλ θαπζίκσλ νη Bentley ζα κπνξνχλ λα εθπέκπνπλ ιηγφηεξν απφ 120g/km. ηα βηνθαχζηκα έρνπλ ζηξαθεί θαη νη αεξνπνξηθέο εηαηξείεο. Σν ηδάκπν ηδεη ησλ 400 ζέζεσλ πέηαμε απφ ην Υίζξννπ ηνπ Λνλδίλνπ ζην αεξνδξφκην xίπρνι ηνπ Άκζηεξληακ κε έλαλ απφ ηνπο ηέζζεξηο θηλεηήξεο λα θαίεη βηνθαχζηκα απφ μερσξηζηή δεμακελή. Ζ πηήζε πξαγκαηνπνηήζεθε ζε ζπλεξγαζία κε ηε Boeing θαη ηνλ θαηαζθεπαζηή ησλ θηλεηήξσλ General Electric. Σν αεξνπιάλν ρξεζηκνπνίεζε έλα κείγκα βηνινγηθψλ θαπζίκσλ απφ θνηληθνππξελέιαην απφ έλα δέληξν πνπ επδνθηκεί ζηε Βξαδηιία. Οη ιφγνη είλαη πεξηβαιινληηθνί αιιά θαη νηθνλνκηθνί, νη αεξνπνξηθέο εηαηξείεο αλαδεηνχλ ελαιιαθηηθά θαχζηκα, δεδνκέλνπ φηη νη δαπάλεο ηνπο γηα θαχζηκα πεηνχλ ζηα χςε εμαηηίαο ησλ ζπλερψλ απμήζεσλ ησλ ηηκψλ ηνπ πεηξειαίνπ, νη νπνίεο έθηαζαλ ζε χςνο ξεθφξ ησλ 150 δνιαξίσλ ην βαξέιη. Ζ Virgin, ε Boeing θαη ε General Electric δελ είλαη νη κφλεο εηαηξείεο ηεο αεξνπνξηθήο βηνκεραλίαο πνπ πεηξακαηίδνληαη κε ελαιιαθηηθά θαχζηκα. Έλα ζνχπεξ ηδάκπν Airbus A380, κε θηλεηήξεο Rolls-Royce πέηαμε απφ ηε Βξεηαλία ζηε Γαιιία θαίγνληαο ζπλζεηηθφ πγξφ θαχζηκν πνπ παξάγεηαη απφ θπζηθφ αέξην. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

31 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΠΡΧΣΖ ΓΔΝΗΑ 2. ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2 ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΠΡΧΣΖ ΓΔΝΗΑ 2.1 ΔΗΑΓΧΓΖ ΣΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΓΔΝΗΚΑ Σν βηνληήδει 1 εο γεληάο είλαη κεζπιεζηέξεο πνπ παξάγνληαη κε κεηεζηεξνπνίεζε ησλ θπηηθψλ ειαίσλ θαη παξαγσγή εζηέξσλ ησλ ηξηγιπθεξηδίσλ. Ζ εμαγσγή ηνπ ειαίνπ απφ ηνπο ζπφξνπο γίλεηαη κεραληθά ή ρεκηθά. Έλα γεληθφ ζρήκα ηεο παξαγσγηθήο δηαδηθαζίαο δίλεηαη ζην ζρήκα 2.1 ρήκα 2.1: Γηαγξακκαηηθή απεηθφληζε ηεο παξαγσγήο βηνληήδει Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

32 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Σν πην δηαδεδνκέλν βηνληήδει ζηελ Δπξψπε παξάγεηαη απφ θξακβέιαην θαη νλνκάδεηαη RME (Rapeseed Methyl Ester) ληήδει, ελψ ζηηο ΖΠΑ θπξηαξρεί ην βηνληήδει πνπ παξάγεηαη απφ ζνγηέιαην. Γεληθά ε νλνκαζία πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ην βηνληήδει αλεμάξηεηα απφ ηελ πεγή πξνέιεπζεο ηνπ είλαη FAME (Fatty Acid Methyl Ester). Δλψ ε κεραλή ληήδει ζρεδηάζηεθε αξρηθά λα ιεηηνπξγεί κε θπηηθά έιαηα, αλαπηχρζεθε θαη ηξνπνπνηήζεθε ψζηε λα είλαη απνιχησο ζπκβαηή θαη απνδνηηθή ρξεζηκνπνηψληαο σο θαχζηκν ληήδει. Απηφ είρε σο απνηέιεζκα, ε ρξήζε θαζαξψλ θπηηθψλ ειαίσλ λα είλαη αδχλαηε ζηηο ππάξρνπζεο κεραλέο ληήδει. Καηά ζπλέπεηα γηα ηε ιεηηνπξγία ηνπο ζα έπξεπε, είηε λα γίλνπλ αιιαγέο ζηηο κεραλέο ληήδει, είηε λα γίλνπλ αιιαγέο ζην θαχζηκν (θπηηθφ έιαην). Με δεδνκέλν φηη, ην βηνληήδει ζα κπνξνχζε λα αληηθαηαζηήζεη φρη πεξηζζφηεξν απφ ην 10% ηεο παξαγσγήο ηνπ ληήδει, νη εξεπλεηέο απνθάζηζαλ λα ηξνπνπνηήζνπλ ηα θπηηθά έιαηα ψζηε λα είλαη ζπκβαηά κε ηηο ππάξρνπζεο κεραλέο ληήδει. 2.2 ΠΡΧΣΔ ΤΛΔ ΓΗΑ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΒΗΟΚΑΤΗΜΧΝ 1 εο ΓΔΝΗΑ ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΔ ΚΑΛΛΗΔΡΓΔΗΔ Οη ελεξγεηαθέο θαιιηέξγεηεο απνηεινχλ κία πξφηαζε ζίγνπξα πην θηιηθή ζην πεξηβάιινλ θαζψο ε θαχζε απηψλ έρεη σο απνηέιεζκα κηθξή εθπνκπή ξχπσλ ζε ζρέζε κε ην ληήδει. Οη θαιιηέξγεηεο απηέο κπνξεί λα είλαη ειίαλζνο, ηεχηια, ν αξαβφζηηνο, ην θαιακπφθη, ηα άρπξα, ην μχιν ηηηάο θαη άιισλ δέληξσλ, ην πξηνλίδη, ν κίζραλζνο, ε αγξηαγθηλάξα πνπ απνηεινχλ ηηο παξαδνζηαθέο θαιιηέξγεηεο ή κπνξεί λα είλαη θαιιηέξγεηεο πνπ απνζθνπνχλ απνθιεηζηηθά ζηελ παξαγσγή ελέξγεηαο (ζφξγν, ειαηνθξάκβε θ.α.). Οη λέεο ελεξγεηαθέο θαιιηέξγεηεο είλαη είδε κε πςειή παξαγσγηθφηεηα ζε βηνκάδα αλά κνλάδα γεο θαη αλαθέξνληαη ζε δχν θχξηεο θαηεγνξίεο, ηηο δαζηθέο (επθάιππηνο, ςεπδαθαθία) θαη ηηο γεσξγηθέο. Οη γεσξγηθέο κάιηζηα ελεξγεηαθέο θαιιηέξγεηεο δηαθξίλνληαη πεξαηηέξσ ζε πνιπεηείο (θαιάκη, κίζραλζνο, αγξηαγθηλάξα, θαη switchgrass) θαη ζε εηήζηεο (γιπθφ θαη θπηηαξηλνχρν ζφξγν, θελάθ, ειαηνθξάκβε, ειίαλζνο, ζηηάξη, δαραξφηεπηια, αξαβφζηηνο, θξηζάξη). Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

33 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΠΡΧΣΖ ΓΔΝΗΑ Μεξηθέο απφ ηηο ελεξγεηαθέο θαιιηέξγεηεο πνπ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα ηελ παξαγσγή βηνληήδει είλαη ν ειίαλζνο, ε ειαηνθξάκβε θ.α ΓΔΧΡΓΗΚΔ ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΔ ΚΑΛΛΗΔΡΓΔΗΔ Ζιίαλζνο (Helianthus annus) Ο ειίαλζνο είλαη έλα εηήζην θπηφ θαη αλήθεη ζηελ νηθνγέλεηα Compositae. χκθσλα κε ηνλ FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations ή αιιηψο Οξγαληζκφο Σξνθίκσλ θαη Γεσξγίαο ησλ Ζλσκέλσλ Δζλψλ) ε ζπλνιηθή παγθφζκηα παξαγσγή έθζαζε ζηα 24,2 εθαη. ηφλνπο ην 2002, θαιιηεξγνχκελε ζε 195 εθαη. ζηξέκκαηα. Απφ απηφ, πεξηζζφηεξα απφ 100 εθαη. ζηξέκκαηα θαιιηεξγήζεθαλ ζηελ Δπξψπε θαη 1,7 εθαη. ζηελ Ηηαιία, ελψ ζηελ Διιάδα κφιηο 0,17 εθαη. ζηξέκκαηα. Δηθόλα 2.1: Ζιίαλζνο Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

34 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Διαηνθξάκβε (Brassica napus) Ζ ειαηνθξάκβε είλαη εηήζην θπηφ θαη αλήθεη ζηε νηθνγέλεηα ησλ ηαπξαλζψλ ή Βξαζζηθίδσλ. Πνιιαπιαζηάδεηαη κε ζπφξν θαη θαιιηεξγείηαη θπξίσο ζαλ πξψηε χιε γηα ηελ παξαγσγή ειαίνπ θαη ζε κηθξφηεξε έθηαζε γηα ηα θχιια ηεο (γηα αλζξψπηλε θαηαλάισζε, δσνηξνθή θαη ιίπαλζε). Μεηά ηελ εμαγσγή ηνπ ειαίνπ, ηα ππνιείκκαηα ηεο (ε ιεγφκελε πίηα) ρξεζηκνπνηνχληαη ζηελ θηελνηξνθία θαζψο έρνπλ πινχζηα πεξηεθηηθφηεηα ζε πξσηεΐλε, επίζεο, ζεσξείηαη παγθνζκίσο σο ην ηξίην ζεκαληηθφηεξν ειαηνπαξαγσγφ θπηφ, κεηά ηε ζφγηα θαη ην θνηληθέιαην. Ο κηθξφο ζηξφγγπινο ζπφξνο ηεο έρεη θαηά κέζν φξν κεγάιε πεξηεθηηθφηεηα ζε ιάδη (30-50%) θαη ε πίηα ηεο είλαη πνιχ πινχζηα ζε πξσηεΐλε (10-45%). Οη ηερληθέο θαιιηέξγεηεο είλαη φκνηεο κε εθείλεο ησλ ρεηκεξηλψλ ζηηεξψλ. Δηθόλα 2.2: Διαηνθξάκβε Καιάκη (Arundo Donax L.) Σν θαιάκη αλήθεη ζηα αγξσζηψδε πνιπεηή θπηά κε. πλαληάηαη ζπλήζσο θνληά ζε πνηάκηα θαη ιίκλεο, γεληθά ζε αγξνχο κε πςειή πεξηεθηηθφηεηα ζε πγξαζία, σζηφζν κπνξεί λα θαιιηεξγεζεί ζε επξεία θιίκαθα εδαθηθψλ θαη θιηκαηηθψλ ζπλζεθψλ. Απφ ηε Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

35 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΠΡΧΣΖ ΓΔΝΗΑ βηβιηνγξαθία αλαθέξνληαη απνδφζεηο 2-2,5 ηφλσλ/ζηξέκκα μεξνχ βάξνπο ζηε λφηηα Γαιιία (Toblez, 1940), ελψ ζηε λφηηα Ηηαιία πεξίπνπ 3,5 ηφλσλ/ζηξέκκα (Matzke, 1988) Δηθόλα 2.3: Εαραξνθάιακν Αξαβόζηηνο (Zea mays) Ζ παγθφζκηα παξαγσγή αξαβνζίηνπ έθζαζε ζηνπο 604 εθαηνκκχξηα ηφλνπο ην 2002, θαιιηεξγνχκελε ζε εθαηνκκχξηα ζηξέκκαηα. Απφ απηά πάλσ απφ 280 εθαηνκκχξηα ζηξέκκαηα θαιιηεξγήζεθαλ ζηηο ΖΠΑ θαη 134 εθαηνκκχξηα ζηξέκκαηα ζηελ Δπξψπε (2,2 εθαη. ζηξέκκαηα ζηελ Διιάδα). Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

36 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Δηθόλα 2.4: Αξαβφζηηνο όγηα Ζ ζφγηα παξάγνληαο 44,6 ιίηξα ειαίνπ αλά ζηξέκκα δελ ζπκπεξηιακβάλεηαη ζηα πην απνδνηηθά θπηά γηα ηελ παξαγσγή ειαίσλ. Έλα αθφκε κεηνλέθηεκα ηεο σο πξψηε χιε γηα παξαγσγή βηνληήδει, είλαη νη πνιιέο θαη ζεκαληηθέο ελαιιαθηηθέο ηεο ρξήζεηο. Πάξαπηα απνηειεί ηελ θχξηα πξψηε χιε γηα βηνληήδει ζηηο ΖΠΑ ιφγσ ηεο ηεξάζηηαο παξαγσγήο ηεο ζηε ζπγθεθξηκέλε ρψξα. Δηθόλα 2.5: φγηα Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

37 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΠΡΧΣΖ ΓΔΝΗΑ Αγξηαγθηλάξα Ζ αγξηαγθηλάξα είλαη ην θνηλφ γατδνπξάγθαζν. Δίλαη πνιπεηέο θπηφ ηεο Μεζνγεηαθήο δψλεο θαη ήηαλ γλσζηή ζηνπο αξραίνπο Αηγχπηηνπο, Έιιελεο θαη Ρσκαίνπο. ήκεξα θπηεχεηαη ζε πνιιά κέξε ηνπ θφζκνπ αιιά ηα ηειεπηαία 15 ρξφληα κειεηάηαη ζπζηεκαηηθά απφ ηνπο επηζηήκνλεο θαη θαίλεηαη φηη είλαη έλα πνιιά ππνζρφκελν ελεξγεηαθφ θπηφ γηα ηηο ρψξεο ηεο Μεζνγείνπ γηα παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο θαη ζεξκφηεηαο απφ ηε βηνκάδα ηνπ. Δθηφο απφ ηε βηνκάδα πνπ είλαη ην θχξην πξντφλ θαιιηέξγεηαο, ν ζπφξνο ηεο αγξηαγθηλάξαο πεξηέρεη κέρξη 25% ιάδη πνπ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ζηελ παξαγσγή βηνληήδει. Ζ θαιιηέξγεηα παξάγεη θηιά ζπφξνπ αλά ζηξέκκα πνπ κεηαθξάδεηαη ζε κέγηζηε παξαγσγή 50 ιίηξσλ βηνθαπζίκνπ αλά ζηξέκκα. Δηθόλα 2.6: Αγξηαγθηλάξα 2.3 ΜΔΣΔΣΔΡΟΠΟΗΖΖ ΓΔΝΗΚΑ Μεηεζηεξνπνίεζε ή αιθνφιπζε είλαη ε αληηθαηάζηαζε ηεο αιθνφιεο ζε έλαλ εζηέξα απφ κία άιιε κε κία δηαδηθαζία παξφκνηα κε ηελ πδξφιπζε, κε ηε δηαθνξά φηη ε αιθνφιε ρξεζηκνπνηείηαη αληί γηα ην λεξφ. Απηή ε δηαδηθαζία έρεη ρξεζηκνπνηεζεί επξέσο γηα ηελ κείσζε ηνπ πςεινχ ημψδεο ησλ ηξηγιπθεξηδίσλ. Ζ κεηεζηεξνπνίεζε είλαη κηα αληηζηξεπηή αληίδξαζε θαη νπζηαζηηθά ιακβάλεη ρψξα κε ηελ αλάκημε ησλ αληηδξψλησλ. Δληνχηνηο ε παξνπζία ελφο θαηαιχηε (έλα ηζρπξφ νμχ ή βάζε) επηηαρχλεη ηε κεηαηξνπή. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

38 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ρήκα 2.2: Γηαδηθαζία κεηεζηεξνπνίεζεο γηα ηελ παξαγσγή βηνληήδει ρήκα 2.3: Μεηεζηεξνπνίεζε ή αιθνφιπζε Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

39 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΠΡΧΣΖ ΓΔΝΗΑ ΣΡΗΓΛΤΚΔΡΗΓΗΑ Σα ηξηγιπθεξίδηα είλαη ηξηεζηέξεο ηεο γιπθεξφιεο, δειαδή ηεο 1,2,3-πξνπαλνηξηφιεο, κε ιηπαξά νμέα (κνλνθαξβνμπιηθά νμέα κεγάιεο αλζξαθηθήο αιπζίδαο) θαη απνηεινχλ ην θχξην ζπζηαηηθφ (ζε πνζνζηφ κέρξη θαη 98% θ.β.) ησλ θπηηθψλ ειαίσλ θαη δσηθψλ ιηπψλ. ην πίλαθα 2.1 δίλεηαη ε ζχζηαζε ησλ ηξηγιπθεξηδίσλ νξηζκέλσλ γλσζηψλ θπηηθψλ ειαίσλ θαη δσηθψλ ιηπψλ. Έιαηα θαη Λίπε 14:0 16:0 18:0 18:1 18:2 18:3 20:0 22:1 νγηέιαην Καιακπνθέιαην Ίρλε Φπζηηθέιαην Διαηόιαδν Ίρλε Βακβαθέιαην Ίρλε Safflower (1) Safflower (2) Κξακβέιαην (2) Κξακβέιαην (3) Βνύηπξν Λαξδί Tallow Linseed Oil Κίηξηλν Λίπνο Πίλαθαο 2.1: Σξηγιπθεξίδηα ειαίσλ θαη δσηθψλ ιηπψλ Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

40 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ΑΛΚΟΟΛΖ Χο αιθνφιε ρξεζηκνπνηείηαη ζπλήζσο ε κεζαλφιε ιφγσ ηνπ ρακεινχ θφζηνπο θαη ησλ θπζηθψλ θαη ρεκηθψλ πιενλεθηεκάησλ πνπ δηαζέηεη. Δηδηθνί θαηαιχηεο (βάζεηο, νμέα θαη έλδπκα) βνεζνχλ ηελ αληίδξαζε, ε νπνία πξαγκαηνπνηείηαη ζε ρακειέο ή πςειέο ζεξκνθξαζίεο. Καηά ηε δηάξθεηα ηεο αληίδξαζεο κεηεζηεξνπνίεζεο ηα ιηπαξά ηκήκαηα ηνπ ηξηγιπθεξηδίνπ αληηθαζίζηαληαη απφ ην πδξνμχιην ηεο αιθνφιεο νπφηε παξάγνληαη αιθπιεζηέξεο ιηπαξψλ νμέσλ θαη σο ελδηάκεζα δηγιπθεξίδηα θαη κνλνγιπθεξίδηα, ηα νπνία κε ηε ζεηξά ηνπο δίλνπλ λένπο αιθπιεζηέξεο. ην ηέινο ηεο αληίδξαζεο έρνπλ παξαρζεί νη αιθπιεζηέξεο ησλ ιηπαξψλ νμέσλ (κεζπιεζηέξεο εθφζνλ σο αιθνφιε έρεη ρξεζηκνπνηεζεί ε κεζαλφιε), νη νπνίνη απνηεινχλ ην βηνληήδει, θαη γιπθεξίλε σο παξαπξντφλ. Αθνινπζεί θαηάιιεινο δηαρσξηζκφο ησλ πξντφλησλ θαη θαζαξηζκφο ηνπ παξαγφκελνπ βηνληήδει. ην ζρήκα 2.4 θαίλεηαη ζπλνπηηθά ε αληίδξαζε κεηεζηεξνπνίεζεο ηξηγιπθεξηδίνπ κε αιθνφιε. ρήκα 2.4: Αληίδξαζε κεηεζηεξνπνίεζεο 2.4 ΚΑΣΑΛΤΖ ΚΑΗ ΜΖΥΑΝΗΜΟΗ ΑΝΣΗΓΡΑΖ ΚΑΣΑΛΤΣΔ ηελ αληίδξαζε κεηεζηεξνπνίεζεο ην είδνο ηνπ θαηαιχηε πνπ ρξεζηκνπνηείηαη είλαη ζεκαληηθφο παξάγνληαο, αθνχ θαζνξίδεη ηελ πνηφηεηα πνπ πξέπεη λα έρνπλ νη πξψηεο χιεο. Οη ζπλζήθεο ηεο αληίδξαζεο (ζεξκνθξαζία, πίεζε θαη αλαινγίεο ησλ πνζνηήησλ Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

41 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΠΡΧΣΖ ΓΔΝΗΑ ησλ αληηδξαζηεξίσλ) θαζψο θαη ηα ζηάδηα δηαρσξηζκνχ ησλ πξντφλησλ επίζεο θαζνξίδνληαη απφ ηελ πνηφηεηα ησλ πξψησλ πιψλ ζε ζπλδπαζκφ κε ην είδνο ηνπ θαηαιχηε. Οη δηεξγαζίεο ζηηο νπνίεο βαζίδεηαη ε έσο ηψξα αλάπηπμε ησλ κνλάδσλ παξαγσγήο βηνληήδει πξψηεο γεληάο ζε νιφθιεξν ηνλ θφζκν ρξεζηκνπνηνχλ σο θαηαιχηεο θπξίσο ηζρπξέο βάζεηο (NaOH ή KOH, CH 3 ONa θ.α.), νη νπνίεο δηαιχνληαη ζηε κεζαλφιε, ζπαλίσο δε ηζρπξά νμέα (ππθλφ H 2 SO 4 ) ΤΝΘΖΚΔ ΚΑΣΑΛΤΖ ηελ πεξίπησζε ησλ πδξνμεηδίσλ ε αληίδξαζε γίλεηαη θνληά ζην ζεκείν δέζεσο ηεο κεζαλφιεο, ζε ζεξκνθξαζίεο 60 0 C έσο 64 0 C, νπφηε ε πίεζε ζην ρψξν ηεο αληίδξαζεο δελ ππεξβαίλεη ην 1 bar, ν ρξφλνο πνπ απαηηείηαη είλαη πεξίπνπ κία ψξα, ελψ ε κνξηαθή αλαινγία κεζαλφιεο/ιαδηνχ πνπ πξνηείλεηαη είλαη ίζε κε 6/1. Έλα αδχλαην ζεκείν ηεο δηεξγαζίαο απηήο είλαη ε παξνπζία ησλ θαηαιπηψλ ζην κίγκα. Ζ θαηεξγαζία ησλ δχν θάζεσλ απμάλεη ην θφζηνο παξαγσγήο θαη δεκηνπξγεί απφβιεηα. Αθφκα ε θάζε ηεο γιπθεξίλεο απνθηά ζθνχξν θαζηαλφ ρξψκα θαη απαηηείηαη πεξαηηέξσ επεμεξγαζία γηα ηελ παξαγσγή δηαπγνχο γιπθεξίλεο πςειήο αμίαο. Έλα επηπιένλ πξφβιεκα ζρεηηθφ κε ηε ρξήζε ησλ πδξνμεηδίσλ απνηειεί ε αληίδξαζε ηνπ θαηαιχηε κε ηα ειεχζεξα νξγαληθά (ιηπαξά νμέα (FFAs) ηα νπνία πεξηέρνληαη θπξίσο ζε έιαηα ρακειήο πνηφηεηαο (φπσο είλαη ηα απφβιεηα έιαηα βηνκεραληψλ ξαθηλαξίζκαηνο ιαδηψλ θαη ηα ηεγαλέιαηα) ή δεκηνπξγνχληαη απφ ηελ πδξφιπζε ησλ ηξηγιπθεξηδίσλ ιφγσ ηνπ λεξνχ πνπ πεξηέρεηαη ζηα έιαηα απηά, κε απνηέιεζκα λα παξάγνληαη ζαπνχληα. Ζ παξαγσγή ζαπνπληψλ πξνθαιεί ην ζρεκαηηζκφ ηδει, αχμεζε ηνπ ημψδνπο ηνπ πξντφληνο θαη ζεκαληηθή αχμεζε ηνπ θφζηνπο δηαρσξηζκνχ θαη θαζαξηζκνχ. ρήκα 2.5: Τδξφιπζε εζηέξσλ θαη ζαπσλνπνίεζε ηνπο Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

42 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Έηζη απαηηείηαη πξνεπεμεξγαζία ησλ ειαίσλ απηψλ κε ζθνπφ ηελ απνκάθξπλζε ηεο πεξηερφκελεο πγξαζίαο θαη ηελ φμηλε εζηεξνπνίεζε ησλ ειεχζεξσλ ιηπαξψλ νμέσλ πξηλ νδεγεζνχλ ζηε βαζηθή κέζνδν παξαγσγήο βηνληήδει. ρήκα 2.6: Δζηεξνπνίεζε ειεχζεξσλ ιηπαξψλ νμέσλ πλεπψο ε ρξήζε ηζρπξψλ νκνγελψλ βάζεσλ απαηηεί ζρεηηθά θαζαξή πξψηε χιε, δειαδή ιάδη κε πάξα πνιχ ρακειή νμχηεηα (πεξηεθηηθφηεηα ζε ειεχζεξα ιηπαξά νμέα κηθξφηεξε απφ 0.5% θ.β.) θαη απαιιαγκέλν απφ πγξαζία, ε νπνία φρη κφλν ζην ιάδη αιιά θαη ζηνλ θαηαιχηε θαη ζηελ ρξεζηκνπνηνχκελε αιθνφιε πξέπεη ζπλνιηθά (δειαδή ζην αληηδξψλ κίγκα) λα βξίζθεηαη ζε πνζνζηφ κηθξφηεξν ηνπ % θ.β., θάηη πνπ απμάλεη ζεκαληηθά ην θφζηνο ηνπ παξαγφκελνπ βηνληήδει, ην νπνίν ζηελ πεξίπησζε απηή νθείιεηαη θαηά 70% πεξίπνπ ζην θφζηνο ηεο πξψηεο χιεο (ξαθηλαξηζκέλα ή ζηε ρεηξφηεξε πεξίπησζε εμνπδεηεξσκέλα έιαηα). ηελ πεξίπησζε ησλ ηζρπξψλ νμέσλ δελ εκθαλίδεηαη ην πξφβιεκα ηεο παξαγσγήο ζαπνπληψλ, ε αληίδξαζε γίλεηαη ζηνπο 60 έσο 64 0 C, αιιά απαηηεί πεξίπνπ 50 ψξεο γηα λα νινθιεξσζεί, ελψ ρξεηάδεηαη κνξηαθή αλαινγία κεζαλφιεο/ιαδηνχ ίζε κε 30/1. Μέζνδνο Θεξκνθξαζία FFAs Υξόλνο Αληίδξαζεο Μνξηαθή αλαινγία Μεζαλόιεο/ειαίνπ Βαζηθή C >0.5% θ.β h 6/1 Όμηλε C <0.5% θ.β h 30/1 Πίλαθαο 2.2: χγθξηζε κεζφδσλ Παξφιν ινηπφλ πνπ νη ζπκβαηηθέο δηεξγαζίεο απαηηνχλ ρακειέο ζεξκνθξαζίεο γηα ηελ αληίδξαζε, ε ζπλερήο θαηαλάισζε ηνπ θαηαιχηε πνπ επηβαξχλεη νηθνλνκηθά ηε δηεξγαζία θαη ζπκβάιιεη ζηε ξχπαλζε ηνπ πεξηβάιινληνο, ε απαίηεζε γηα ζπλερή Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

43 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΠΡΧΣΖ ΓΔΝΗΑ θαζαξηζκφ ηνπ ξεχκαηνο παξαγσγήο θαη νη ρακειέο απνδφζεηο πξντφλησλ φηαλ ρξεζηκνπνηνχληαη φμηλα έιαηα, νδήγεζαλ ζηελ αλεχξεζε λέσλ νηθνλνκηθά απνδνηηθψλ θαη επέιηθησλ δηεξγαζηψλ παξαγσγήο βηνληήδει, νη νπνίεο ρξεζηκνπνηνχλ ζηεξενχο εηεξνγελείο θαηαιχηεο γηα ηε κεηεζηεξνπνίεζε, δεκηνπξγψληαο έηζη κηα λέα επνρή γηα ηελ ηερλνινγία παξαγσγήο βηνληήδει. 2.5 ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ - ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ Χο πξντφλ αλαλεψζηκσλ πεγψλ ελέξγεηαο ην βηνληήδει είλαη θαζαξφ, κε ηνμηθφ θαη βηναπνηθνδνκήζηκν θαχζηκν, δελ πεξηέρεη αξσκαηηθέο ελψζεηο θαη νη εθπνκπέο ησλ ξππαληψλ νμεηδίσλ ηνπ ζείνπ, κνλνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα, άθαπζησλ πδξνγνλαλζξάθσλ θαη αηζάιεο πνπ πξνέξρνληαη απφ ηελ θαχζε ηνπ ζηηο κεραλέο ληήδει είλαη πνιχ ρακειέο. Ζ παξνπζία ηνπ ζείνπ ζηα θαχζηκα επζχλεηαη γηα ηα νμείδηα ηνπ ζείνπ (SOx) ζηα θαπζαέξηα ηα νπνία απνηεινχλ έλαλ απφ ηνπο θπξηφηεξνπο ξχπνπο ηνπ ληήδει. ην βηνληήδει ε πεξηεθηηθφηεηα ζε ζείν είλαη πάξα πνιχ κηθξή, ζρεδφλ κεδεληθή. Δπίζεο ην βηνληήδει πεξηέρεη αξθεηφ νμπγφλν (πεξίπνπ 10% θ.β.) πνπ θαζηζηά ηελ θαχζε ιηγφηεξν αηειή, κε απνηέιεζκα ε πεξηεθηηθφηεηα ησλ θαπζαεξίσλ ζε κνλνμείδην ηνπ άλζξαθα (CO), ζε άθαπζηνπο πδξνγνλάλζξαθεο (H/C) θαη ζε αηζάιε λα είλαη πνιχ κηθξφηεξε απφ φηη ζην ζπκβαηηθφ ληήδει. Δπηπιένλ, ε θαχζε ηνπ βηνληήδει δελ απμάλεη ην επίπεδν ηνπ δηνμεηδίνπ ηνπ άλζξαθα ζηελ αηκφζθαηξα (ην νπνίν είλαη ππεχζπλν γηα ην θαηλφκελν ηνπ ζεξκνθεπίνπ), αθνχ ε πνζφηεηα ηνπ CO2 πνπ απειεπζεξψλεηαη θαηά ηε δηάξθεηα ηεο θαχζεο αθνκνηψλεηαη ζηε ζπλέρεηα απφ ην θπηφ θαηά ηε θσηνζχλζεζε. Ο παξαθάησ πίλαθαο ζπλνςίδεη ην ηππηθφ πξνθίι εθπνκπψλ απφ ηελ θαχζε ηνπ θαζαξνχ βηνληήδει (Β100), αιιά θαη ελφο απφ ηα πιένλ ζπλεζηζκέλα κίγκαηά ηνπ κε ζπκβαηηθφ ληήδει ην νπνίν απνηειείηαη απφ 20% βηνληήδει θαη 80% ληήδει (Β20) ρξεζηκνπνηψληαο σο αλαθνξά ηηο εθπνκπέο απφ ηελ θαχζε ηνπ πεηξειατθνχ ληήδει. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

44 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Δθπνκπέο % γηα Β100 θαη Β20 ζε ζύγθξηζε κε ηνπ ζπκβαηηθνύ ληήδει Δθπνκπή Β100 Β20 Μνλνμείδην ηνπ άλζξαθα -48% -12% Άθαπζηνη πδξνγνλάλζξαθεο -67% -20% ωκαηίδηα -47% -12% Ομείδηα ηνπ αδώηνπ +10% +2% Ομείδηα ηνπ ζείνπ -100% -20% Σνμηθά αέξηα -60% έσο -90% -12% έσο -20% Πίλαθαο 2.3: Δθπνκπέο αεξίσλ δηαθφξσλ ηχπνπ βηνληήδει ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ Σα κεηνλεθηήκαηα ησλ βηνθαπζίκσλ πξψηεο γεληάο είλαη πσο ε πιεηνλφηεηα ησλ πξψησλ πιψλ ρξεζηκνπνηείηαη ζηε δηαηξνθηθή αιπζίδα ησλ αλζξψπσλ θαη ησλ δψσλ θαη ε ρξήζε ηνπο γηα παξαγσγή βηνθαπζίκσλ έρεη αξλεηηθή επίδξαζε ζηε δηαζεζηκφηεηα ησλ ηξνθψλ θαη ζηε δηαηήξεζε ηεο βηνπνηθηιφηεηαο. Δπηπιένλ, ε δηαδηθαζία παξαγσγήο ηνπο έρεη ζαλ απνηέιεζκα ηελ παξαγσγή παξαπξντφλησλ. 2.6 ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΑ ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΔΝΑΝΣΗ ΣΟΤ ΤΜΒΑΣΗΚΟΤ ΝΣHΕΔΛ ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΑ ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ Δθηφο απφ ην γεγνλφο φηη πιενλεθηεί σο αλαλεψζηκν θαχζηκν, ην βηνληήδει εκθαλίδεη παξφκνηεο θπζηθνρεκηθέο ηδηφηεηεο κε ην ζπκβαηηθφ ληήδει, ελψ ζε θάπνηεο πεξηπηψζεηο έρεη θαη θαιχηεξα ραξαθηεξηζηηθά απφ απηφ, φπσο κεγαιχηεξν ζεκείν Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

45 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 2: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΠΡΧΣΖ ΓΔΝΗΑ αλάθιεμεο νπφηε είλαη αζθαιέζηεξν ζηε ρξήζε, κηθξή πνζφηεηα ζείνπ αιιά κεγαιχηεξε ιηπαληηθή ηθαλφηεηα ιφγσ ηνπ νμπγφλνπ πνπ πεξηέρεη θαη κεγαιχηεξν αξηζκφ θεηαλίνπ. Σν θεηάλην είλαη θνξεζκέλνο πδξνγνλάλζξαθαο θαη ζπγθεθξηκέλα ην n- δεθαεμάλην (C 16 H 34 ). Ο αξηζκφο θεηαλίνπ κεηξά πφζν γξήγνξα θαίγεηαη (απηναλαθιέγεηαη) θάησ απφ ηηο ζπλζήθεο πνπ επηθξαηνχλ ζε έλα θηλεηήξα ληήδει. Ζ κείσζε ηνπ πεξηερφκελν ζείνπ πνπ επηβάιιεηαη ζηα νξπθηά θαχζηκα έρεη αξλεηηθή επίδξαζε ζηε ιίπαλζε ηνπ θηλεηήξα γηαηί κεηψλνληαη νη ιηπαληηθέο ελψζεηο ηνπ ζείνπ. Έηζη, ηα δηπιηζηήξηα θάλνπλ ρξήζε παλάθξηβσλ θαη ηαπηφρξνλα κε βηναπνηθνδνκήζηκσλ πξφζζεησλ γηα ηελ επαλαθνξά ηεο ιεηηνπξγηθφηεηαο ηνπ θαπζίκνπ. Ζ πξνζζήθε φκσο ηνπ βηνληήδει ζην πεηξειατθφ ληήδει, αθφκα θαη ζε πεξηεθηηθφηεηεο κηθξφηεξεο απφ 1% θ.β. επαλαθέξεη ηε ιηπαληηθή ηθαλφηεηα ηνπ πεηξειαηνθηλεηήξα θαη ηα δηπιηζηήξηα εμνηθνλνκνχλ αξθεηά ρξήκαηα. Ο κεγαιχηεξνο αξηζκφο θεηαλίνπ πνπ παξνπζηάδεη ην βηνληήδει έλαληη ηνπ ζπκβαηηθνχ ληήδει αληηζηαζκίδεη ην γεγνλφο φηη θαηά ηελ θαχζε ηνπ ην βηνληήδει απειεπζεξψλεη ελέξγεηα κηθξφηεξε απφ ηελ ελέξγεηα πνπ απειεπζεξψλεη ην ζπκβαηηθφ ληήδει. Έηζη ε απφδνζε ελφο πεηξειαηνθηλεηήξα πνπ θηλείηαη κε θαζαξφ βηνληήδει θπκαίλεηαη ηνπιάρηζηνλ ζηα επίπεδα ηνπ ζπκβαηηθνχ ληήδει. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

46 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Ηδηόηεηεο θαπζίκνπ Νηήδει Βηνληήδει ηάληαξ ASTM D975 ASTM 121 ύλζεζε θαύζηκνπ C10-C21 HC C12-C22 FAME Διάρηζηε ζεξκαληηθή αμία (Btu/gal) Κηλεκαηηθό ημώδεο ζε 40 0 C 1,3-4,1 1,9-6,0 Δηδηθό βάξνο ζε 60 0 F (kg/l) 0,85 0,88 Ππθλόηεηα ζε 15 0 C (lb/gal) 7,079 7,328 Νεξό (ppm θ.β.) 161 0,05% max Άλζξαθαο % θ.β Τδξνγόλν % θ.β Ομπγόλν % θ.β Θείν % θ.β. 0,05 max 0,0-0,0024 εκείν δέζεο 0 C εκείν αλάθιεμεο 0 C εκείν ζόιωζεο 0 C -15 έσο 5-3 έσο 12 εκείν απόρπζεο 0 C -35 έσο έσο 10 Αξηζκόο θεηαλίνπ ηνηρεηνκεηξηθή αλαινγία αέξα/θαπζίκνπ θ.β ,8 Πίλαθαο 2.4: Υαξαθηεξηζηηθά βηνληήδει έλαληη ζπκβαηηθνχ ληήδει Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

47 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 3: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΓΔΤΣΔΡΖ ΓΔΝΗΑ 3. ΚΔΦΑΛΑΗΟ 3 ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΓΔΤΣΔΡΖ ΓΔΝΗΑ 3.1 ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ 2 εο ΓΔΝΗΑ ΛΟΓΟΗ ΤΠΑΡΞΖ Με ηα βηνθαχζηκα πξψηεο γεληάο ππήξραλ θάπνηα αμεπέξαζηα πξνβιήκαηα δηφηη αλ νη πξψηεο χιεο ησλ βηνθαπζίκσλ (ελεξγεηαθέο θαιιηέξγεηεο) δελ θαιιηεξγεζνχλ ζσζηά ζε θαηάιιειεο εθηάζεηο γεο ηφηε ζα πξνθχςνπλ ζεκαληηθά πξνβιήκαηα ΜΔΓΑΛΔ ΑΝΑΓΚΔ ΒΗΟΚΑΤΗΜΧΝ, ΜΗΚΡΔ ΠΡΟΜΖΘΔΗΔ πσο έρεη αλαθεξζεί πξνεγνχκελα ζχκθσλα κε εθηηκήζεηο ε κεηαθνξέο ζηελ Δπξψπε ζα πξέπεη κέρξη ην 2020 ην 10% ηεο ελεξγεηαθήο θαηαλάισζεο λα πξαγκαηνπνηείηαη απφ αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο. Δλψ ζηηο ΖΠΑ ζα ρξεηάδνληαη πεξίπνπ 35 εθαηνκκχξηα γαιφληα εηεζίσο γηα κεηαθνξέο. Απηφ ζεκαίλεη πσο νη απαηηήζεηο ππεξβαίλνπλ ηηο γεσξγηθέο ηθαλφηεηεο ηεο Νφηηαο Ακεξηθήο πνπ παξάγεη ζήκεξα ην κεγαιχηεξν πνζνζηφ ησλ βηνθαπζίκσλ. Έηζη γηα λα κπνξέζεη ε Δπξψπε λα παξάγεη απφ κφλε ηεο βηνθαχζηκα ζα πξέπεη ην 70% ησλ θαιιηεξγεηψλ πνπ ππάξρνπλ ήδε, λα κεηαηξαπνχλ ζε θαιιηέξγεηεο κφλν βηνθαπζίκσλ ΓΔΝΗΚΑ Σα κεηνλεθηήκαηα ησλ ελεξγεηαθψλ θαιιηεξγεηψλ πνπ αλαθέξζεθαλ παξαπάλσ νδήγεζαλ ηε βηνηερλνινγία ζηελ αλαδήηεζε ελαιιαθηηθψλ κεζφδσλ παξαγσγήο πξψησλ πιψλ κε ηα αθφινπζα δχν ραξαθηεξηζηηθά. Τςειφηεξεο απνδφζεηο αλά ζηξέκκα γεο Σα παξαγφκελα έιαηα ή ακπινζάθραξα λα κελ απνηεινχλ ζηνηρείν ηεο δηαηξνθήο ηνπ αλζξψπνπ, ψζηε λα κελ αλαπηχζζεηαη αληαγσληζκφο κεηαμχ αλζξψπηλεο δηαηξνθήο θαη παξαγσγήο βηνθαπζίκσλ. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

48 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Σα βηνθαχζηκα δεχηεξεο γεληάο είλαη ηα βηνθαχζηκα πνπ παξάγνληαη κε πξσηνπνξηαθέο δηεξγαζίεο θαη απφ πεξηζζφηεξνπο ηχπνπο βηνκάδαο απφ φηη κε ηα βηνθαχζηκα πξψηεο γεληάο. ε απηή ηελ θαηεγνξία αλήθνπλ ηα ζπλζεηηθά βηνθαχζηκα πνπ παξάγνληαη απφ ζεξκνρεκηθέο θαη θαηαιπηηθέο δηεξγαζίεο φπσο ππξφιπζε, εμαεξίσζε θαη Fischer- Tropsch. Δπίζεο ζηελ θαηεγνξία απηή αλήθεη θαη ε βηναηζαλφιε πνπ παξάγεηαη απφ ιηγλνθπηηαξηλνχρν πιηθφ. Σν πδξνγφλν απφ αέξην ζχλζεζεο θαζψο θαη ην βηναέξην απνηεινχλ ηα θχξηα αέξηα βηνθαχζηκα δεχηεξεο γεληάο. Ληγλνθπηηαξηληθά πιηθά Αγξνηηθά θαη δαζηθά πξντφληα/ππνιείκκαηα (μπιεία, άρπξα). Παξαπξντφληα επεμεξγαζίαο μχινπ. Βηνκεραληθά θαη αζηηθά νξγαληθά απφβιεηα. Δλεξγεηαθέο θαιιηέξγεηεο κηθξνχ ρξφλνπ κε εηήζηεο κε απνδφζεηο 11-4 ηφλνη/ζηξέκκα/ρξφλν (αθαθία, ηηηά, κίζραλζνο, θαιάκη). Δηθόλα 3.1: Σερλνινγίεο παξαγσγήο βηνθαπζίκσλ 2 εο γεληάο Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

49 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 3: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΓΔΤΣΔΡΖ ΓΔΝΗΑ 3.2 ΜΔΘΟΓΟΗ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΔΗΑΓΧΓΖ Ζ έξεπλα γηα ηελ παξαγσγή δεχηεξεο γεληάο βηνληήδει, έρεη ζηξαθεί πιένλ ζε κεζφδνπο παξαγσγήο ηνπ βηνληήδει απφ θάζε είδνο βηνκάδα, κε πςειφ βαζκφ απφδνζεο, πςειή πνηφηεηα πξντφληνο πνπ λα κελ ππνβαζκίδεηαη κε ην ρξφλν, λα βειηηψλεη ηε ιεηηνπξγία ησλ ππαξρφλησλ κεραλψλ ληήδει θαη κε ην θφζηνο παξαγσγήο θάησ απφ ηελ ηηκή ηνπ νξπθηνχ πεηξειαίνπ. Μέζνδνη παξαγσγήο πεηξειαίνπ ληήδει απφ νξπθηφ άλζξαθα ππήξραλ ήδε απφ ηελ επνρή ηνπ Β Παγθφζκηνπ Πνιέκνπ, φηαλ νη Γεξκαλνί αλέπηπμαλ ηε κέζνδν Fischer- Tropsch γηα ηελ παξαγσγή πεηξειαίνπ ληήδει κε αεξηνπνίεζε ηνπ νξπθηνχ θάξβνπλνπ. Σα ηειεπηαία ρξφληα γίλεηαη πξνζπάζεηα απφ ηνπο επηζηήκνλεο λα πξνζαξκφζνπλ ηε κέζνδν ζηε παξαγσγή βηνληήδει απφ βηνκάδα ΜΔΘΟΓΟ FISCHER-TROPSCH Ζ δηεξγαζία παξαγσγήο βηνθαπζίκσλ κε ηε κέζνδν Fischer-Tropsch είλαη κηα δηεξγαζία κεηαηξνπήο βηνκάδαο ζε πγξά θαχζηκα (Biomass to Liquid ή BTL). Ζ βηνκάδα έξρεηαη ζε επαθή κε αέξα θαη ππξνιχεηαη. Σν παξαγφκελν αέξην θαη θσθ πεξλάεη ζηε ζπλέρεηα ζηνλ αεξηνπνηεηή θαη ην παξαγφκελν βηναέξην ζχλζεζεο, αθνχ θαζαξηζηεί θαη απνζεησζεί, δηέξρεηαη κέζα απφ αληηδξαζηήξα Fischer-Tropsch. Δθεί ην βηναέξην ζχλζεζεο (CO + H 2 ) αληηδξά θαηαιπηηθά θαη ζπλζέηεη έλα κίγκα αιεηθαηηθψλ πδξνγνλαλζξάθσλ πνπ απνηειείηαη απφ ειαθξνχο πδξνγνλάλζξαθεο (C 1 θαη C 4 ), λάθζα (C 5 θαη C 11 ), ληήδει (C 12 θαη C 20 ), θαη θεξφ (>C 20 ). Ζ απφδνζε ηεο αληίδξαζεο εμαξηάηαη απφ ηνλ θαηαιχηε πνπ ρξεζηκνπνηείηαη θαη ηηο παξακέηξνπο ιεηηνπξγίαο, σζηφζν ε απφδνζε ζε πγξά πξντφληα (λάθζα, ληήδει, θαη FT-θεξφ) αλέξρεηαη ζην 95%. Ζ παξαγφκελε λάθζα θαη ληήδει απνηεινχλ βηνθαχζηκα πνπ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ αλαιφγσο κε ηα αληίζηνηρα νξπθηά θαχζηκα. Ο FT-θεξφο ππξνιχεηαη κε ηε βνήζεηα πδξνγφλνπ θαη ην παξαγφκελν πξντφλ δίλεη έλα εχξνο πξντφλησλ φπσο λάθζα, ληήδει. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

50 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Δηθόλα 3.2: Παξαγσγή F-T βηνληήδει Ζ δηεξγαζία παξαγσγήο βηνθαπζίκσλ Fischer-Tropsch απνηειεί κία ηδηαίηεξα ππνζρφκελε δηεξγαζία. Δίλαη κία αξθεηά επέιηθηε δηεξγαζία ηφζν σο πξνο ηνπο ηχπνπο βηνκάδαο πνπ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ φζν θαη σο πξνο ην εχξνο ησλ πξντφλησλ θαη ησλ απνδφζεψλ ηνπο. πγθεθξηκέλα κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί θπηηθή βηνκάδα ή αγξνηηθά απφβιεηα, θαζψο επίζεο θαη βηνινγηθά αζηηθά θαη βηνκεραληθά απφβιεηα. Δπηπιένλ νη απνδφζεηο ηεο δηεξγαζίαο ζε δηάθνξα πξντφληα (λάθζα, θεξνδίλε, ληήδει θηι.) κπνξεί λα δηαθνξνπνηεζεί εχθνια θάζε θνξά πνπ δηαθνξνπνηνχληαη θαη νη ηηκέο ή νη απαηηήζεηο γηα θαχζηκα (π.ρ. πεξηζζφηεξν ληήδει ην ρεηκψλα, πεξηζζφηεξε βελδίλε ην θαινθαίξη) ΜΔΘΟΓΟ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΒΗΟΚΑΤΗΜΧΝ ΜΔ ΠΤΡΟΛΤΖ ΒΗΟΜΑΕΑ Ζ ππξφιπζε βηνκάδαο είλαη κία δηεξγαζία παξαγσγήο βηνθαπζίκσλ δεχηεξεο γεληάο πνπ απαζρνιεί πνιινχο επηζηήκνλεο. Ζ βηνκάδα (biomass) έξρεηαη ζε επαθή κε ην άδσην πνπ κεηαθέξεη ηνλ θαηαιχηε (catalyst) θαη αλέξρεηαη ζηνλ αληηδξαζηήξα (riser). Σν πξντφλ ζε αέξηα θάζε πεξλά απφ έλα ζχζηεκα θπθιψλσλ (cyclone) θαη θίιηξσλ (filter) απφ ην νπνίν δηαρσξίδεηαη ν θαηαιχηεο. ηε ζπλέρεηα ην αέξην πξντφλ (stripping gas) ςχρεηαη θαη αθνχ πεξάζεη απφ έλα ηζνζηαζκηζηή (slide valve) ζπιιέγεηαη ην πγξφ πξντφλ (~85% θ.β.) ην νπνίν απνηειεί ην βηνέιαην πνπ απνηειεί ην παξαγφκελν βηνθαχζηκν. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

51 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 3: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΓΔΤΣΔΡΖ ΓΔΝΗΑ 3.3 ΒΑΗΚΑ ΜΔΗΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΟΥΗ ΣΟΟ ΦΗΛΗΚΑ ΠΡΟ ΣΟ ΠΔΡΗΒΑΛΛΟΝ πσο είλαη γλσζηφ ηα βηνθαχζηκα δελ επηβαξχλνπλ ην θαηλφκελν ηνπ ζεξκνθεπίνπ. κσο γηα ηελ θαιιηέξγεηα ησλ πξψησλ πιψλ ηνπο, ζπζηάδνληαη πνιιά ζηξέκκαηα ηξνπηθψλ δαζψλ. χκθσλα κε επηζηεκνληθέο κειέηεο θάζε ηφλνο πεηξειαίνπ απφ θνίληθα παξάγεη δηνμείδην ηνπ άλζξαθα, 10 θφξεο πεξηζζφηεξν απφ φηη ην απιφ πεηξέιαην. Σα ηξνπηθά δάζε πνπ ζα θαηαζηξαθνχλ πξνθεηκέλνπ λα πάξνπλ ηε ζέζε ηνπο δαραξφηεπηια θαη λα κεηαηξαπνχλ ζε αηζαλφιε ζα παξάγνπλ 50% πεξηζζφηεξα βιαβεξά αέξηα απφ φηη ε βελδίλε. Δπίζεο γηα λα εμνλησζνχλ ηα θίδηα θαη λα γίλεη πην εχθνιε ε θνπή ηνπ δαραξνθάιακνπ, γίλεηαη θαχζε ησλ ππνιεηκκάησλ κε ζπλέπεηα ε αηκφζθαηξα λα γεκίδεη θαπληά ιφγσ απειεπζέξσζεο κεζαλίνπ θαη νμεηδίνπ ηνπ αδψηνπ, πνπ είλαη δχν πνιχ δξαζηηθά αέξηα ηνπ ζεξκνθεπίνπ, πνιχ πην δξαζηηθά απφ ην δηνμείδην ηνπ άλζξαθα. Δπηπξνζζέησο, γηα λα αλαπηπρζεί ην θαιακπφθη απαηηνχληαη ηεξάζηηεο πνζφηεηεο αδσηνχρσλ ιηπαζκάησλ θαη δηδαληνθηφλσλ, κε ζπλέπεηα ην έδαθνο λα δηαβξψλεηαη πεξηζζφηεξν απφ φζν κε νπνηαδήπνηε άιιε θαιιηέξγεηα. Δπίζεο ζηελ παξαγσγή αηζαλφιεο απφ θαιακπφθη θαηαλαιψλεηαη ζρεδφλ ίζε πνζφηεηα νξπθηψλ θαπζίκσλ κε απηή πνπ ππνθαζηζηά ε ίδηα ε βηναηζαλφιε- άξα δελ πξνθχπηεη θαλέλα πεξηβαιινληηθφ φθεινο. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

52 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ 4. ΚΔΦΑΛΑΗΟ 4 ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΣΡΗΣΖ ΓΔΝΗΑ 4.1 ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΣΡΗΣΖ ΓΔΝΗΑ ΓΔΝΗΚΑ Σν βηνληήδει πνπ παξάγεηαη απφ αγξνηηθέο ζνδεηέο ή ιίπε δψσλ θαη εμάγεηαη κέζσ ησλ ππαξρνπζψλ κεζφδσλ δελ δχλαηαη λα αληηθαηαζηήζεη ηα ζπκβαηηθά θαχζηκα κεηαθνξάο. Χζηφζν, σο ελαιιαθηηθή ιχζε πξνηείλεηαη ην βηνληήδει απφ κηθξνάιγε. Σα έιαηα ησλ κηθξναιγψλ κπνξνχλ λα αληηθαηαζηήζνπλ ηηο δεκνθηιέζηεξεο ηξνθνδνζίεο παξαγσγήο ειαίσλ. Σν βηνληήδει πνπ πξνέξρεηαη απφ γεσξγηθέο θαιιηέξγεηεο δελ απνηειεί αληαγσληζηηθφ πξντφλ ην νπνίν ζα νδεγνχζε ζηελ αληηθαηάζηαζε ηνπ ζπκβαηηθνχ πεηξειαίνπ. Σν ζελάξην απηφ αιιάδεη δξακαηηθά εάλ ρξεζηκνπνηεζνχλ έιαηα απφ κηθξνάιγε γηα ηελ παξαγσγή απηνχ ηνπ βηνληήδει. Δηθόλα 4.1: Απφδνζε ζε έιαηα ησλ δηαθφξσλ πεγψλ βηνθαπζίκσλ Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

53 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 4: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΣΡΗΣΖ ΓΔΝΗΑ χκθσλα κε εθηηκήζεηο, ε απφδνζε (per acre) ησλ ειαίσλ απφ κηθξνάιγε είλαη πάλσ απφ 200 θνξέο πεξηζζφηεξε απφ ηελ απφδνζε ησλ ειαίσλ πνπ πξνέξρνληαη απφ ηα πην παξαγσγηθά θπηά. Σν βηνληήδει ησλ κηθξναιγψλ δε δηαθέξεη ζεκαληηθά απφ εθείλν ησλ ππφινηπσλ θπηψλ. Σν βηνληήδει απφ κηθξνάιγε κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ζηνπο ππάξρνληεο θηλεηήξεο πεηξειαίνπ ρσξίο λα απαηηνχληαη ζεκαληηθέο ηξνπνπνηήζεηο θαη είλαη ζπκβαηφ κε ηε ππάξρνπζα ππνδνκή δηαλνκήο πεηξειαίνπ. Ο ηξέρσλ νηθνλνκηθφο ζρεδηαζκφο ηνπνζεηεί ηελ ηηκή ηνπ βηνληήδει απφ κηθξνάιγε κεηαμχ USD (United States Dollar) αλά γαιφλη. Σν πξνεξρφκελν απφ κηθξνάιγε βηνληήδει είλαη ην κφλν βηνθαχζηκν πνπ ζα κπνξνχζε λα αληηθαηαζηήζεη ηα ζπκβαηηθά θαχζηκα ρσξίο λα επεξεάζεη αξλεηηθά ηελ πξνκήζεηα ηξνθίκσλ, φπσο ζπκβαίλεη κε ηα βηνθαχζηκα απφ έιαηα θπηψλ. Ζ ηαρχηεηα εμάπισζε ηεο παξαγσγήο βηνληήδει απφ κηθξνάιγε παξαηεξείηαη φρη κφλν ζηηο αλεπηπγκέλεο ρψξεο φπσο ε Γεξκαλία, νη ΖΠΑ, ε Ηηαιία θαη ε Γαιιία αιιά θαη ζε άιιεο ρψξεο φπσο ε Κίλα, ε Βξαδηιία, ε Ηλδία, ε Ηλδνλεζία θαη ε Μαιαηζία. Οη παξάγνληεο νη νπνίνη πξέπεη λα κειεηεζνχλ κε ζθνπφ ηε κείσζε ηνπ θφζηνπο παξαγσγήο ησλ βηνθαπζίκσλ είλαη: ε αχμεζε ηνπ ξπζκνχ αλάπηπμεο ησλ θπηηάξσλ, ν πξνζδηνξηζκφο ησλ ρεκηθψλ πνπ πξνθαινχλ κεηαβνιηθέο αιιαγέο θαη ε εθαξκνγή πνιπβάζκησλ ζπζηεκάησλ αλάπηπμεο. 4.2 ΜΗΚΡΟΑΛΓΖ ΑΝ ΠΡΧΣΖ ΤΛΖ ΓΔΝΗΚΑ Σα κηθξνάιγε παξνπζίαζαλ αμηφινγεο ηθαλφηεηεο αλάπηπμεο ζε κηα ζεηξά απφ δηαθνξεηηθέο ζπλζήθεο πνπ ζπλάληεζαλ γηα πνιιά εθαηνκκχξηα ρξφληα θαη απνηεινχλ έλαλ απφ ηνπο πξσηφγνλνπο νξγαληζκνχο ζηνλ πιαλήηε. Γηαζέηνπλ ηηο δπλαηφηεηεο ηφζν ησλ κηηνρνλδξίσλ φζν θαη ησλ ρισξνπιαζηψλ κε απνηέιεζκα λα κπνξνχλ λα επηβηψλνπλ θαη λα αλαπηχζζνληαη ζε κηα ζεηξά απφ δηαθνξεηηθά πεξηβάιινληα αξθεί λα ππάξρεη θάπνηα πνζφηεηα λεξνχ θαη κηθξνζξεπηηθψλ ζπζηαηηθψλ. Μπνξνχκε λα ζπλαληήζνπκε κηθξνάιγε απφ ζθνηεηλά ζεπηηθά πεξηβάιινληα κέρξη πεξηβάιινληα κε Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

54 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ πςειέο ζπγθεληξψζεηο άιαηνο. Απηή ε δηεπξπκέλε πξνζαξκνζηηθφηεηα ηνπο ηα θαζηζηά θαηάιιεια γηα λα επηηεπρζεί καδηθή παξαγσγή ειαίσλ ηφζν γηα ηελ ρξήζε ζε βηνθαχζηκα φζν θαη ζε ηξφθηκα. Σα κηθξνάιγε θαη γεληθφηεξα ηα άιγε παξνπζηάδνπλ κηα ζεκαληηθή ζπζζψξεπζε ιηπηδίσλ πνπ μεπεξλά ην 80% ηνπ βάξνπο ηνπο ΔΗΓΖ ΜΗΚΡΟΑΛΓΧΝ ΠΟΤ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΟΤΝΣΑΗ ΓΗΑ ΣΑ ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ Οη ηξεηο επηθξαηέζηεξεο νκάδεο κηθξνάιγσλ ηα νπνία έρνπλ ζηνρνπνηεζεί ψζηε λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα ηελ παξαγσγή βηνληήδει είλαη ηα δηάηνκα (Bacillariophyceae) πνπ πεξηέρνπλ πάλσ απφ είδε κηθξνάιγσλ ηα νπνία ζην κεγαιχηεξν κέξνο ηνπ ζρεηίδνληαη κε πθάικπξα θαη αικπξά πεξηβάιινληα, ηα κπιε-πξάζηλα άιγε (Cyanophyceae) ηα νπνία επί ηεο νπζίαο είλαη βαθηήξηα ηα νπνία πεξηέρνπλ ρισξνπιάζηεο θαη είλαη ηδηαίηεξα ζεκαληηθά γηα ηελ ξχζκηζε ηνπ αδψηνπ ζε πδάηηλα πεξηβάιινληα θαη ηέινο ηα ρξπζά άιγε (Chrysophyceae) ηα νπνία πεξηιακβάλνπλ πάλσ απφ γλσζηά είδε ηα νπνία είλαη ηθαλά λα απνζεθεχζνπλ ηνλ άλζξαθα σο έιαηα θαη πνιχπινθνπο πδξνγνλάλζξαθεο. 4.3 ΣΡΟΠΟΗ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΤΝΘΖΚΔ ΑΝΑΠΣΤΞΖ Σα κηθξνάιγε είλαη δηάρπηα θαηαλεκεκέλα ζηε βηφζθαηξα θαη αλαπηχζζνληαη ππφ επξχηαηε πνηθηιία ζπλζεθψλ. Καιιηεξγνχληαη είηε ζε ζπλζήθεο γιπθνχ λεξνχ είηε ζε λεξφ πςειήο αιαηφηεηαο. Δπηβηψλνπλ ζε πγξφ έδαθνο, ζηελ άκκν ηεο εξήκνπ θαη ζε φια ηα ελδηάκεζα ππνζηξψκαηα. Σν επξχ θάζκα ησλ νηθνινγηθψλ ηνπο απαηηήζεσλ παίδεη ζεκαληηθφ ξφιν ζηνλ θαζνξηζκφ ηεο πνηθηιίαο ησλ κεηαβνιηθψλ πξντφλησλ πνπ παξάγνπλ. Σα κηθξνάιγε θαιιηεξγνχληαη είηε ζε αλνηρηά ζπζηήκαηα, φπσο πεγέο θαη ιίκλεο είηε ζε θιεηζηά ειεγρφκελα ζπζηήκαηα, φκνηα κε εθείλα ησλ δηαδηθαζηψλ δχκσζεο. Σα αλνηρηά ζπζηήκαηα απαηηνχλ κηθξφηεξν θεθάιαην θαη είλαη επθνιφηεξα ζηε δηαρείξηζή ηνπο, ελψ Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

55 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 4: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΣΡΗΣΖ ΓΔΝΗΑ ηα θιεηζηά εκθαλίδνπλ πςειφηεξν θφζηνο ιεηηνπξγίαο. Δπίζεο ηα θιεηζηά ζπζηήκαηα δελ επεξεάδνληαη απφ ηηο θιηκαηνινγηθέο ζπλζήθεο θαη ειέγρνληαη ζηελά γηα ηελ άξηζηε απφδνζε θαη πνηφηεηα. Αλάινγα κε ην είδνο θαιιηεξγνχκελνπ νξγαληζκνχ θαη ηνπο πδξνγνλάλζξαθεο πνπ παξάγεη, εληνπίδνληαη δχν πξνζεγγίζεηο γηα ηελ παξαγσγή ελέξγεηαο απφ ηε βηνκάδα ησλ κηθξναιγψλ. Ζ πξψηε είλαη ε βηνινγηθή κεηαηξνπή ησλ ζξεπηηθψλ ζηνηρείσλ ζε ιηπίδηα ή πδξνγνλάλζξαθεο. Ζ δεχηεξε πεξηιακβάλεη ηε ζεξκνρεκηθή πγξνπνίεζε ηεο βηνκάδαο ησλ αιγψλ ζε πδξνγνλάλζξαθεο πξνο ρξήζε ΤΣΖΜΑΣΑ ΚΑΛΛΗΔΡΓΔΗΑ ΑΛΓΧΝ ΑΝΟΗΥΣΑ ΤΣΖΜΑΣΑ Σα αλνηρηά ζπζηήκαηα, ιφγσ ηεο ηερληθήο απιφηεηαο θαη ηεο πξνζαξκνζηηθφηεηαο πνπ παξνπζηάδνπλ απνηεινχλ ηε ζπρλφηεξα εθαξκνδφκελε κέζνδν θαιιηέξγεηαο αιγψλ. Απνηεινχληαη απφ κία ή πεξηζζφηεξεο αβαζείο ιίκλεο πνπ εθηίζεληαη ζηελ αηκφζθαηξα είηε εμσηεξηθά (ρσξίο θάιπκκα) είηε ζηεγαζκέλεο ζε ζεξκνθήπηα. Έρνπλ δηάθνξα ζρήκαηα φπσο θπθιηθέο, ιηκλνζάιαζζαο, ή ηερλεηψλ θαλαιηψλ ειηζζφκελνπ ζηίβνπ πνπ είλαη θαη ηα πην ζπρλά εθαξκνδφκελα γηα ηελ θαιιηέξγεηα αιγψλ. Σα ζχγρξνλα εκπνξηθήο θιίκαθαο ζπζηήκαηα ζρεδηάδνληαη ζαλ πςεινχ αεξηζκνχ ιίκλεο, ζε ζρεκαηηζκνχο ειηζζφκελνπ ζηίβνπ κε θνππηά αλάδεπζεο, αληιίεο θπκαηηζκψλ ή δηαθξάγκαηα γηα ηελ θπθινθνξία ηνπ λεξνχ, ησλ ζξεπηηθψλ, ησλ αεξίσλ θαη ησλ αιγψλ. Οη θπθιηθέο ιίκλεο, νη εθηεηακέλεο ιίκλεο θαη νη αεξηδφκελεο ιηκλνζάιαζζεο εθαξκφδνληαη επίζεο ζπρλά ρσξίο βέβαηα ηελ ίδηα ηθαλφηεηα αλάκεημεο. Δηθόλα 4.2: Σερλεηέο ιίκλεο ειηζζφκελνπ ζηίβνπ Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

56 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Σα αλνηρηά ζπζηήκαηα έρνπλ ζρεδηαζηεί γηα θσηναπηνηξνθηθέο κνλνθαιιηέξγεηεο. ε δεδνκέλε ζεξκνθξαζία ηα πεξηζζφηεξα είδε κηθξναιγψλ κνηξάδνληαη ηηο ίδηεο πεξηβαιινληηθέο παξακέηξνπο φπσο ε αθζνλία θσηφο, ηα ζξεπηηθά ζπζηαηηθά θαη ην ph πνπ είλαη ραξαθηεξηζηηθφ ηεο αλάπηπμήο ηνπο. Σα πεξηζζφηεξα είδε κηθξναιγψλ παξάγνληαη εκπνξηθά ζε αλνηρηά ζπζηήκαηα, ελψ εθείλα πνπ πξννξίδνληαη γηα παξαγσγή βηνθαπζίκσλ παξνπζηάδνπλ πςειή εθιεθηηθφηεηα σο πξνο ηηο πεξηβαιινληηθέο ζπλζήθεο θαη απαηηνχλ πεξηβάιινλ απαιιαγκέλν απφ κνιπζκαηηθά είδε αιγψλ θαη πξσηφδσα ΚΛΔΗΣΟΗ ΒΗΟΑΝΣΗΓΡΑΣΖΡΔ Οη θιεηζηνί θσηνβηναληηδξαζηήξεο (PBR) απνηεινχλ κία ελαιιαθηηθή ηερλνινγία γηα ηελ θαιιηέξγεηα ησλ κηθξναιγψλ, ε νπνία ζηνρεχεη ζην λα μεπεξαζηνχλ νη βηνινγηθνί θαη πεξηβαιινληηθνί θξαγκνί πνπ αληηκεησπίδνπλ ηα αλνηρηά ζπζηήκαηα. Πξφθεηηαη γηα πην ζχλζεηα ηερλνινγηθά ζπζηήκαηα ζε ζρέζε κε ηηο ηερλεηέο ιίκλεο, αιιά ππφζρνληαη ηελ παξαγσγή βηνκάδαο κεγαιχηεξεο ππθλφηεηαο. Δπίζεο παξνπζηάδνπλ πεξηβαιινληηθά νθέιε φπσο ε κείσζε ησλ εηζξνψλ ζπγθεθξηκέλσλ θπζηθψλ πεγψλ. Οη θιεηζηνί θσηνβηναληηδξαζηήξεο είλαη εζψθιεηζηα δνρεία θαιιηέξγεηαο πνπ έρνπλ ζρεδηαζηεί λα αμηνπνηνχλ ην απαξαίηεηα γηα ηε θσηνζχλζεζε ειηαθφ θσο, κε ζθνπφ ηελ ειεγρφκελε παξαγσγή βηνκάδαο. Πξνθεηκέλνπ λα ζπλδπαζζεί ε θαηαλνκή ηνπ θσηφο κε ηε κεγηζηνπνίεζε ηεο ππθλφηεηαο ηεο θαιιηέξγεηαο θαη ηνπ νιηθνχ πεξηερνκέλνπ ζε έιαηα, έρνπλ πξνηαζεί δηάθνξα ζρέδηα θιεηζηψλ θσηνβηναληηδξαζηήξσλ. Γεληθά ηαμηλνκνχληαη ζε δχν θαηεγνξίεο, ζηνπο εζσηεξηθνχο θαη ζηνπο εμσηεξηθνχο. Οη εζσηεξηθνί απαηηνχλ ηερλεηφ θσηηζκφ, ελψ νη εμσηεξηθνί αμηνπνηνχλ ην θσο ηεο εκέξαο ελψ θάπνηεο θνξέο απαηηνχλ θαη ηερλεηφ θσο. Οη θιεηζηνί θσηνβηναληηδξαζηήξεο παξνπζηάδνπλ πςειφηεξε νγθνκεηξηθή παξαγσγηθφηεηα ζε ζρέζε κε ηηο αλνηρηέο ιίκλεο. Σα πην απνδνηηθά ζπζηήκαηα (PBR) κεγάιεο θιίκαθαο είλαη εθείλα πνπ θηινμελνχλ κεγάιν φγθν, θαηαιακβάλνπλ κηθξφ ρψξν, έρνπλ πςειή παξαγσγή βηνκάδαο ελψ γηα ηα εμσηεξηθά ζπζηήκαηα είλαη εθείλα πνπ έρνπλ δηάθαλεο θαη κεγάιεο επηθάλεηεο θσηηζκνχ. Γεληθά νη θιεηζηνί θσηνβηναληηδξαζηήξεο δηαθξίλνληαη ζε εζσηεξηθνχο/εμσηεξηθνχο κε πεξίβιεκα πνιπαηζπιελίνπ ή κε ζήθεο πνπ επηπιένπλ ζην λεξφ, ζε εμσηεξηθνχο Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

57 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 4: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΣΡΗΣΖ ΓΔΝΗΑ ζσιελνεηδείο θαη επίπεδεο πιάθαο πνπ δηαηίζεληαη ζε δηάθνξεο παξαιιαγέο, ζε εζσηεξηθέο ζηήιεο ή αξζξσηά ζπζηήκαηα δεμακελψλ. Δηθόλα 4.3: θσηνβηναληηδξαζηήξεο πνπ ηξνθνδνηνχληαη κε αέξα εκπινπηηζκέλν κε CO 2 Δπηπιένλ, ηα ζπζηήκαηα ησλ θσηνβηναληηδξαζηήξσλ κπνξνχλ λα ζπλδεζνχλ κε ζηαζκνχο παξαγσγήο ελέξγεηαο ιηγλίηε απνηειψληαο έηζη θίιηξα γηα ηνλ θαζαξηζκφ ησλ εμαγφκελσλ απφ ηελ ιεηηνπξγία ηνπ ζηαζκνχ ξχπσλ. Δηθόλα 4.4: Βηναληηδξαζηήξαο κηθξναιγψλ ζε ζπλδπαζκφ κε ζηαζκφ παξαγσγήο ελέξγεηαο ιηγλίηε Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

58 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ 4.4 ΓΗΔΡΓΑΗΔ ΔΞΑΓΧΓΖ ΔΛΑΗΧΝ ΓΗΑΓΗΚΑΗΑ ΔΞΑΓΧΓΖ ΔΛΑΗΧΝ Αλάινγα κε ηε δηαδηθαζία πξνεπεμεξγαζίαο πνπ έρεη ππνζηεί ε βηνκάδα ησλ αιγψλ, πξηλ ππνβιεζεί ζε εμαγσγή ειαίσλ βξίζθεηαη ζε κία απφ ηηο αθφινπζεο θπζηθέο θαηαζηάζεηο: ζπκππθλσκέλε, ζπκππθλσκέλε θαηφπηλ δηαηαξαρήο ή ζε κνξθή μεξήο ζθφλεο. Καηά ηε δηαδηθαζία ηεο εμαγσγήο ε βηνκάδα εθηίζεηαη ζε δηαιχηε έθινπζεο, ν νπνίνο πξνθαιεί ηελ εμαγσγή ησλ ιηπηδίσλ απφ ηηο κήηξεο ησλ θπηηάξσλ. Ακέζσο κεηά ην δηαρσξηζκφ ησλ ιηπηδίσλ απφ ην ππφιεηκκα ηεο βηνκάδαο, ην δηαιχηε θαη ην λεξφ, ε κάδα ηνπο κπνξεί λα κεηξεζεί βαξπκεηξηθά. Ηδαληθά κία ηερλνινγία εμαγσγήο ιηπηδίσλ απφ κηθξνάιγε πξέπεη λα παξνπζηάδεη εθιεθηηθφηεηα σο πξνο ηα ιηπίδηα, ψζηε λα κελ πξαγκαηνπνηείηαη ηαπηφρξνλε εμαγσγή αληαγσληζηηθψλ σο πξνο απηά παξαγφλησλ φπσο πξσηεΐλεο θαη πδαηάλζξαθεο. Γηα λα επηηεπρζεί κείσζε ηνπ ξεχκαηνο θιαζκαηνπνίεζεο-θαζαξηζκνχ, ε ηερλνινγία εμαγσγήο ειαίσλ πξέπεη επίζεο λα είλαη εθιεθηηθή σο πξνο ηηο αθπινγιπθεξφιεο ζε ζρέζε κε άιια θιάζκαηα ιηπηδίσλ ηα νπνία δελ κεηαηξέπνληαη εχθνια ζε βηνληήδει φπσο ηα πνιηθά ιηπίδηα θαη ηα κεαθπινγιπθεξνχρα νπδέηεξα ιηπίδηα (ειεχζεξα ιηπαξά νμέα, πδξνγνλάλζξαθεο, ζηεξφιεο, θεηφλεο, θαξνηέληα θαη ρισξνθχιιεο). Δπηπξφζζεηα, ε εθαξκνδφκελε ηερλνινγία εμαγσγήο πξέπεη λα είλαη απνδνηηθή (ζε φξνπο ρξφλνπ θαη ελέξγεηαο), κε δξαζηηθή κε ηα ιηπίδηα, ζρεηηθά θζελή θαη αζθαιήο ΘΔΡΜΟΥΖΜΗΚΖ ΜΔΣΑΣΡΟΠΖ Οη ζεξκνρεκηθέο κέζνδνη ρξεζηκνπνηνχληαη φηαλ απφ ηε βηνκάδα ησλ αιγψλ παξάγνληαη είηε έιαηα είηε βηναέξην. Οη δηαζέζηκεο ηερλνινγίεο αλαιχνληαη παξαθάησ ΑΔΡΗΟΠΟΗΖΖ Χο αεξηνπνίεζε νλνκάδεηαη ε ρεκηθή δηεξγαζία κέζσ ηεο νπνίαο νη πδξνγνλάλζξαθεο κεηαηξέπνληαη ζε αέξην ζχλζεζεο κε κεξηθή νμείδσζε κε νμπγφλν ή αηκφ ζε πςειέο ζεξκνθξαζίεο, πεξίπνπ C. ην επφκελν ζρήκα παξνπζηάδεηαη ην δηάγξακκα ξνήο ελφο ζπζηήκαηνο παξαγσγήο θαπζίκνπ κέζσ θαηαιπηηθήο αεξηνπνίεζεο. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

59 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 4: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΣΡΗΣΖ ΓΔΝΗΑ ρήκα 4.1: Γηάγξακκα ξνήο ελφο ζπζηήκαηνο κηθξναιγψλ Έλα ζχζηεκα παξαγσγήο ελέξγεηαο πνπ επίζεο έρεη πξνηαζεί ν ζπλδπαζκφο ηεο ρξήζεο κηθξναιγψλ κε αλαθχθισζε αδψηνπ κε ρακειήο ζεξκνθξαζίαο θαηαιπηηθή αεξηνπνίεζε ηεο βηνκάδαο. Έρεη επίζεο αλαπηπρζεί ε κέζνδν ηεο αεξηνπνίεζεο βηνκάδαο κε πςειφ πνζνζηφ πγξαζίαο. ηελ πεξίπησζε απηή, ε βηνκάδα κεηαηξέπεηαη απεπζείαο ζε αέξην θαχζηκν πινχζην ζε κεζάλην ρσξίο μήξαλζε. Δπηπιένλ ην άδσην κεηαηξέπεηαη ζε ακκσλία θαηά ηε δηεμαγσγή ηεο αληίδξαζεο ΠΤΡΟΛΤΖ Ππξφιπζε είλαη ε κεηαηξνπή ηεο βηνκάδαο ζε βηνθαχζηκν, κε ζέξκαλζε ηεο βηνκάδαο ζηνπο C απνπζία αέξα ή κε ζέξκαλζε παξνπζία θαηαιχηε ζε πςεινχο ξπζκνχο ( K/s) θαη ζε κηθξφ ρξφλν παξακνλήο αεξίνπ αθνινπζνχκελε απφ ηαρχηαηε ςχμε. ε πξνγελέζηεξεο κειέηεο είρε αθνινπζεζεί ε αξγή κέζνδνο ππξφιπζεο, φπνπ ν ξπζκφο ζέξκαλζεο ήηαλ ρακειφο θαη ν ρξφλνο παξακνλήο κεγάινο. Ζ αχμεζε ηνπ ρξφλνπ παξακνλήο κπνξεί λα πξνθαιέζεη εθ λένπ δηάζπαζε ησλ βαζηθψλ πξντφλησλ κε απνηέιεζκα ηε κείσζε ηεο απφδνζεο θαη ηελ αξλεηηθή επίδξαζε ηεο πνηφηεηαο ησλ βηνθαπζίκσλ. Δπίζεο απμάλεηαη ε ελέξγεηα πνπ απαηηείηαη γηα ηε δηεξγαζία. Λφγσ απηψλ νη κέζνδνη ηαρείαο ππξφιπζεο βηνκάδαο έρνπλ πξνζειθχζεη ην ελδηαθέξνλ ηα ηειεπηαία ρξφληα. Σα πιενλεθηήκαηα ηεο ηαρείαο ππξφιπζεο είλαη φηη κπνξεί άκεζα λα παξαρζεί ην έιαην. Δάλ ρξεζηκνπνηεζεί ε ηερλνινγία ηεο (flash) ππξφιπζεο ηφηε ε κεηαηξνπή ηεο βηνκάδαο Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

60 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ζε βηναξγφ κπνξεί λα θηάζεη θαη ην 80%. Ζ ηερλνινγία ηεο ξεπζηνπνηεκέλεο θιίλεο ηαρείαο ππξφιπζεο παξνπζηάδεηαη ζην ζρήκα πνπ αθνινπζεί. ρήκα 4.2: Γηαδηθαζία ηαρείαο ππξφιπζεο Δπεηδή ηα κηθξνάιγε έρνπλ πςειφ πνζνζηφ πγξαζίαο ε δηαδηθαζία ηεο μήξαλζεο απαηηεί πςειά πνζά ελέξγεηαο. Σα κηθξνάιγε ππνβάιινληαη ζε ππξφιπζε ζηνλ αληηδξαζηήξα ξεπζηνπνηεκέλεο θιίλεο. Σα πξντφληα ηεο αληίδξαζεο νδεγνχληαη ζηνλ θπθιψλα φπνπ δηαρσξίδνληαη ζε ζηεξεφ ππφιεηκκα,, βηνθαχζηκν θαη αέξην. Σν παξαγφκελν αέξην κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηελ ζέξκαλζε ησλ πξψησλ πιψλ ή γηα ηε ζέξκαλζε ηνπ αληηδξαζηήξα ππξφιπζεο ΤΓΡΟΓΟΝΧΖ Ζ πδξνγφλσζε είλαη κία αληίδξαζε, ε νπνία πξαγκαηνπνηείηαη παξνπζία πδξνγφλνπ κε ζθνπφ ηνλ θνξεζκφ νξγαληθψλ ελψζεσλ. πγθεθξηκέλα γίλεηαη πξνζζήθε αηφκσλ πδξνγφλνπ ζην δηπιφ δεζκφ ελφο κνξίνπ παξνπζία θαηαιχηε. Ζ πδξνγφλσζε ησλ αιγψλ δηεμάγεηαη ζε απηφθιεηζην ππφ πςειή ζεξκνθξαζία θαη πίεζε παξνπζία θαηαιχηε θαη δηαιχηε. Πξφθεηηαη γηα δηαδηθαζία θαηά ηελ νπνία πξέπεη λα έξζνπλ ζε επαθή νη εμήο ηξεηο θάζεηο: ε αέξηα (πδξνγφλν θαη πδξνγνλάλζξαθεο), ε Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

61 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 4: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΣΡΗΣΖ ΓΔΝΗΑ πγξή θάζε (κείγκα δηαιχηε θαη πγξνχ πξντφληνο) θαη ε ζηεξεή (άιγε θαη θαηαιχηεο), ψζηε λα επηηεπρζεί ε κεηαηξνπή ησλ αιγψλ θαη λα πξναρζεί ε κεηαθνξά νξκήο, κάδαο θαη ζεξκφηεηαο. ρήκα 4.3: πζθεπή πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ πδξνγφλσζε Έλαο αληηδξαζηήξαο αλάκημεο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ επαθή ησλ ηξηψλ θάζεσλ απεηθνλίδεηαη ζην πξνεγνχκελν ζρήκα. Σν αέξην αληηδξψλ δηνρεηεχεηαη δηα κέζνπ ηνπ πγξνχ απφ έλαλ δηαρπηήξα αεξίνπ πνπ βξίζθεηαη ζηνλ ππζκέλα ηνπ αληηδξαζηήξα. Σα ζηεξεά αληηδξψληα αλακεηγλχνληαη κε ηα πγξά δεκηνπξγψληαο έλα κίγκα ιάζπεο θαη ηξνθνδνηνχλ ηνλ αληηδξαζηήξα. Σν αέξην θαη ην ζηεξεφ αξρηθά δηαιχνληαη ζηελ πγξή θάζε θαη δηαρένληαη κε ην πγξφ πξνο ηελ επηθάλεηα ηνπ θαηαιχηε. ε απηήλ ιακβάλεη ρψξα ε αληίδξαζε κεηαμχ απηψλ ησλ ζπζηαηηθψλ. Σα πγξά πξντφληα, ηα ζηεξεά ζσκαηίδηα θαη ηα αληηδξψληα πιηθά αθαηξνχληαη δηαξθψο ψζηε λα δηαηεξείηαη ζηαζεξή ε ζηάζκε ηνπ πγξνχ εληφο ηνπ αληηδξαζηήξα θαη ε ζχλζεζε ηεο πγξήο θάζεο. Σα αέξηα πξντφληα θαη ηα κε αληηδξψληα αέξηα ζπγθεληξψλνληαη ζηνλ ρψξν πάλσ απφ ηελ επηθάλεηα ηνπ πγξνχ θαη δηνρεηεχνληαη εθηφο ηνπ αληηδξαζηήξα κέζσ κίαο ζσιήλαο αεξίνπ. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

62 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ 4.5 ΑΞΗΟΠΟΗΖΖ ΣΧΝ ΜΗΚΡΟΑΛΓΧΝ ΒΖΜΑΣΑ ΠΑΡΑΓΧΓΖ Γηα ηελ θαιιηέξγεηα ησλ κηθξναιγψλ αλαθέξνληαη ηφζν ηα αλνηρηά ζπζηήκαηα φζν θαη ηα θιεηζηά. Μεηαμχ ησλ δχν, ηα αλνηρηά θαη ζπγθεθξηκέλα νη ιίκλεο ειηζζφκελνπ ζηίβνπ κε κεραληθή αλάδεπζε, είλαη θαηαιιειφηεξα γηα ηελ παξαγσγή βηνκάδαο αιγψλ ζε κεγάιε θιίκαθα ιφγσ ρακειφηεξνπ θφζηνπο. Οη θιεηζηνί θσηνβηναληηδξαζηήξεο κπνξνχλ λα απνηειέζνπλ ην αξρηθφ κφλν ζηάδην πξηλ ηηο ιίκλεο ιφγσ ησλ κεγάισλ εθηάζεσλ πνπ απαηηνχλ, ηεο κηθξήο κεηαθνξάο κάδαο θαη ηνπ πςειφηεξνπ θφζηνπο. Σν επφκελν βήκα κεηά ηελ θαιιηέξγεηα ησλ αιγψλ είλαη ε ζπγθνκηδή ηεο βηνκάδαο, ε νπνία δηαρσξίδεηαη ζε δχν ζηάδηα. ην πξψην ζηάδην, φπνπ ε βηνκάδα δηαρσξίδεηαη απφ ην κέζν ζην νπνίν θαιιηεξγήζεθε θαη ζην δεχηεξν φπνπ πξαγκαηνπνηείηαη πχθλσζε ηεο πδαξνχο θάζεο, κέζσ ηερληθψλ θπγνθέληξηζεο θαη εηδηθψλ θηιηξνπξεζζψλ. Αθνινχζσο ιακβάλνπλ ρψξα νη δηαδηθαζίεο εμαγσγήο ησλ ιηπηδίσλ, πνπ απνηεινχλ πξφδξνκεο ελψζεηο γηα ηελ παξαγσγή βηνληήδει. Ζ ζπλεζέζηεξα εθαξκνδφκελε κέζνδνο είλαη ε εμαγσγή κε ρξήζε δηαιχηε, ελψ αξρίδεη λα κειεηάηαη εληνλφηεξα θαη εμαγσγή κε ππεξθξίζηκν ξεπζηφ πνπ απνηειεί θηιηθφηεξε σο πξνο ην πεξηβάιινλ επηινγή. Σν ηειηθφ ζηάδην ηεο φιεο επεμεξγαζίαο ησλ κηθξναιγψλ είλαη ε παξαγσγή ησλ βηνθαπζίκσλ. Γηα ην ζθνπφ απηφ δηαθξίλνληαη δχν εηδψλ δηαδηθαζίεο αλάινγα κε ηελ πεξηερφκελε πγξαζία ηεο βηνκάδαο. πγθεθξηκέλα, είλαη νη ζεξκνρεκηθέο πνπ έρνπλ σο απνηέιεζκα ηελ παξαγσγή είηε ειαίσλ είηε βηναεξίνπ θαη νη βηνρεκηθέο πνπ έρνπλ σο πξντφλ είηε ηελ αηζαλφιε είηε ην βηνληήδει ΟΗΚΟΝΟΜΗΚΑ ΓΔΓΟΜΔΝΑ Απφ ηελ κειέηε φισλ ησλ ζηαδίσλ επεμεξγαζίαο πξνθχπηεη φηη ην θφζηνο παξαγσγήο ειαίσλ απφ κηθξνάιγε εμαξηάηαη απφ πνιινχο παξάγνληεο φπσο ε απφδνζε ηνπ ζπζηήκαηνο θαιιηέξγεηαο ζε βηνκάδαο, ην πεξηερφκελν πνζνζηφ ειαίσλ θαη ην θφζηνο εμαγσγήο απηψλ απφ ηε βηνκάδα. Πξνο ην παξφλ ε ηηκή ησλ ειαίσλ πνπ πξνέξρνληαη Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

63 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 4: ΒΗΟΚΑΤΗΜΑ ΣΡΗΣΖ ΓΔΝΗΑ απφ άιγε είλαη κεγαιχηεξε απφ εθείλε ηνπ ζπκβαηηθνχ πεηξειαίνπ. Απφ έξεπλα πξνέθπςε φηη γηα θσηνβηναληηδξαζηήξα ρσξεηηθφηεηαο tn βηνκάδαο/yr θαη πνζνζηφ ειαίσλ ζηα άιγε 30% ην θφζηνο παξαγσγήο είλαη 2.12 /lt ειαίσλ, ελψ ε ηηκή ηνπ ζπκβαηηθνχ ληήδει είλαη 1.55 /lt. ηελ ηηκή πνπ ππνινγίζηεθε δε ζπκπεξηιακβάλεηαη ε κεηαηξνπή ησλ ειαίσλ ζε βηνληήδει αθνχ ήδε ε δηαδηθαζία είλαη αθξηβή γηα λα κπνξέζεη λα είλαη αληαγσληζηηθή ζηελ αγνξά ησλ θαπζίκσλ ΠΔΡΗΘΧΡΗΑ ΒΔΛΣΗΧΖ Πξέπεη λα αλαθεξζεί φηη ππάξρνπλ πεξηζψξηα βειηίσζεο ηεο δηαδηθαζίαο ηφζν ζε ηερλνινγηθφ φζν θαη ζε βηνινγηθφ επίπεδν. Δπηπιένλ έξεπλεο θαη δνθηκέο κπνξνχλ λα εζηηάζνπλ ζηελ επηινγή ηνπ θαηάιιεινπ είδνπο κηθξναιγψλ αλάινγα θπζηθά κε ην πεξηβάιινλ ζην νπνίν ζα αλαπηπρζεί. Ζ γελεηηθή κεηάιιαμε κε ηερλεηά κέζα ζα κπνξνχζε επίζεο λα δψζεη επηζπκεηά απνηειέζκαηα κέζσ ηεο αχμεζεο ησλ ιηπαξψλ νμέσλ αιιά θαη άιισλ ραξαθηεξηζηηθψλ ηνπο φπσο είλαη ε επηκήθπλζε ηεο αληνρήο ηνπο ζε παξαηεηακέλε ειηαθή έθζεζε ρσξίο λα αλαζηέιιεηαη ε αλάπηπμε ηνπο. Βειηίσζε ησλ ζπζηεκάησλ αλάκεημεο ζηηο ηερλεηέο ιίκλεο κέζσ εμνηθνλφκεζεο ελέξγεηαο θαη ηνπ θαιχηεξνπ ζρεδηαζκνχ ηεο παξαγσγηθήο ξνήο. Έλα αθφκα ζεκείν ην νπνίν ρξήδεη βειηίσζεο είλαη ε πξφζβαζε ηνπ ειηαθνχ θσηφο ζε κεγαιχηεξα βάζε ησλ ηερλεηψλ ιηκλψλ. Παξφιν πνπ ην βάζνο ησλ 30cm δελ είλαη κεγάιν, ζε πεξηφδνπο ππθλήο αλάπηπμεο ηα κηθξνάιγε πνπ βξίζθνληαη ζηνλ ππζκέλα δελ απνξξνθνχλ ηα ίδηα πνζά ειηαθήο ελέξγεηαο κε εθείλα πνπ βξίζθνληαη ζηελ επηθάλεηα. Σέινο πξέπεη λα ζεκεησζεί φηη έλαο ζεκαληηθφο παξάγνληαο ν νπνίνο ζα επεξεάζεη ζην κέιινλ ηελ αλάπηπμε θαη ηε ρξήζε κεζφδσλ παξαγσγήο ελέξγεηαο απφ κηθξνάιγε, είλαη νη δηεζλείο ηηκέο ησλ νξπθηψλ θαπζίκσλ φπνπ νη ηάζεηο ηνπο είλαη απμεηηθέο ρξφλν κε ηνλ ρξφλν. Απηφ ζεκαίλεη φηη φζν πεξηζζφηεξν απμάλνπλ νη ηηκέο απηέο ηφζν ζα απμάλεηαη θαη ε αληαγσληζηηθφηεηα άιισλ κεζφδσλ παξαγσγήο ελέξγεηαο. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

64 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ 5. ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5 ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ 5.1 ΓΔΝΗΚΑ ΓΗΑ ΣΖΝ ΚΑΣΑΛΤΖ ΟΡΗΜΟΗ Καηάιπζε είλαη ην θαηλφκελν θαηά ην νπνίν νξηζκέλεο νπζίεο, πνπ νλνκάδνληαη θαηαιχηεο, κεηαβάιινπλ ην ξπζκφ κηαο ρεκηθήο αληίδξαζεο, θαηά θαλφλα ηνλ απμάλνπλ ρσξίο νη ίδηεο λα θαηαλαιίζθνληαη θαη ρσξίο λα κεηαβάιινπλ ην ζεκείν ηεο ρεκηθήο ηζνξξνπίαο πνπ πξνβιέπεηαη απφ ηε ρεκηθή ζεξκνδπλακηθή θάησ απφ νξηζκέλεο ζπλζήθεο. Σν θαηαιπηηθφ θαηλφκελν ζπλαληάηαη ζρεδφλ παληνχ, φπνπ ιακβάλνπλ ρψξα ρεκηθέο ή βηνρεκηθέο αληηδξάζεηο, ζηε θχζε ή ζηε βηνκεραλία. Οη θαηαιχηεο κπνξεί λα είλαη απιά ηφληα, ζχκπινθα ηφληα, κεγάια κφξηα (π.ρ. έλδπκα) ή αλφξγαλα ζηεξεά (κέηαιια, νμείδηα, ζνπιθίδηα θ.α.) κε πνιχ εηδηθή ζχζηαζε θαη δνκή. Τπάξρνπλ εθαηνληάδεο θαηαιχηεο ελψ ρηιηάδεο αληηδξάζεηο δηεμάγνληαη κε ηε βνήζεηά ηνπο. Οξηζκέλνη είλαη ηφζν εμεηδηθεπκέλνη πνπ επηηαρχλνπλ κφλν κηα ζπγθεθξηκέλε αληίδξαζε, ελψ άιινη επηηαρχλνπλ κεγάιν αξηζκφ αληηδξάζεσλ. Σν 90% ησλ ρεκηθψλ βηνκεραληψλ ρξεζηκνπνηεί θαηαιχηεο. Οη θαηαιχηεο ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ αληηκεηψπηζε ηεο αηκνζθαηξηθήο ξχπαλζεο, ηε βειηίσζε ηεο πνηφηεηαο παξαδνζηαθψλ θαπζίκσλ θαη ηελ παξαγσγή ελαιιαθηηθψλ θαπζίκσλ ΟΜΟΓΔΝΖ ΚΑΗ ΔΣΔΡΟΓΔΝΖ ΚΑΣΑΛΤΖ Γηαθξίλνπκε ηελ θαηάιπζε ζε νκνγελή θαη ζε εηεξνγελή. ηε πξψηε, ν θαηαιχηεο θαη νη αληηδξψληεο νπζίεο βξίζθνληαη ζηελ ίδηα θάζε, ζπλήζσο κέζα ζε δηαιχκαηα. ηε δεχηεξε, ν θαηαιχηεο είλαη ζπλήζσο ζηεξεφ ζψκα, ελψ νη αληηδξψληεο νπζίεο βξίζθνληαη ζηελ πγξή ή ζηελ αέξηα θάζε. Δπεηδή ζηελ πεξίπησζε απηή ε αληίδξαζε δηεμάγεηαη ζηελ επηθάλεηα ηνπ ζηεξενχ, ε εηεξνγελήο θαηάιπζε νλνκάδεηαη θαη επηθαλεηαθή θαηάιπζε. ηελ νκνγελή θαηάιπζε ν θαηαιχηεο είλαη θάπνην θαιά Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

65 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ θαζνξηζκέλν είδνο (κφξην, ηφλ, ζχκπινθν ηφλ, έλδπκν), ελψ ζηελ εηεξνγελή ε θαηαιπηηθή δξάζε εθδειψλεηαη ζε νξηζκέλεο κφλν ζέζεηο ηεο θαηαιπηηθήο επηθάλεηαο, ηηο δξαζηηθέο ζέζεηο, ησλ νπνίσλ ε ζπγθέληξσζε θαη πνιχ πεξηζζφηεξν ε θχζε, πνιχ δχζθνια πξνζδηνξίδνληαη. Ζ αχμεζε ηνπ ξπζκνχ ησλ αληηδξάζεσλ πνπ πεηπραίλεηε ρξεζηκνπνηψληαο θαηαιχηεο είλαη πνιιέο θνξέο πάλσ απφ θνξέο ΑΠΟΓΟΖ ΗΟΡΡΟΠΗΑ ΚΑΗ ΠΡΑΓΜΑΣΗΚΖ ΑΠΟΓΟΖ Καζψο δελ είλαη εθηθηφ ζε κία δηεξγαζία ρξεζηκνπνηψληαο θάπνηνλ θαηαιχηε λα μεπεξαζηεί ε απφδνζε ηζνξξνπίαο ηεο αληίζηνηρεο αληίδξαζεο, θζάλεη απιψο πνιχ γξήγνξα ζε απηή, ζα πξέπεη λα εθηηκεζεί αλ ζπκθέξεη λα πξαγκαηνπνηεζεί θάησ απφ ζπλζήθεο πνπ ζπλδένληαη κε ζπγθεθξηκέλε ηηκή ζηαζεξάο ρεκηθήο ηζνξξνπίαο ή πξέπεη λα αιιαρζεί. Ζ επηινγή σζηφζν δελ είλαη πάληνηε εχθνιε. Γηα λα επηηεπρζεί πςειή απφδνζε ηζνξξνπίαο πξέπεη λα δνπιέςεη ζε φζν γίλεηαη ρακειφηεξε ζεξκνθξαζία, αιιά ε κείσζε ηεο ζεξκνθξαζίαο επηθέξεη κείσζε ηνπ ξπζκνχ ηεο αληίδξαζεο. Δπνκέλσο πξέπεη λα βξεζεί θάπνηνο θαηαιχηεο πνπ λα επηηαρχλεη ζεκαληηθά ηελ αληίδξαζε ζε απηή ηελ ρακειή ζεξκνθξαζία. Αλ απηφ δελ είλαη εθηθηφ, ζα πξέπεη λα απμεζεί θάπσο ε ζεξκνθξαζία ζηνρεχνληαο ζε κία βέιηηζηε ηηκή πνπ ζπκβηβάδεη ηηο απαηηήζεηο γηα πςειφ ξπζκφ κε ηηο απαηηήζεηο γηα πςειή απφδνζε θαη νδεγεί, ελ ηέιεη ζε φζν γίλεηαη κεγαιχηεξε πξαγκαηηθή απφδνζε ΚΑΣΑΛΤΣΗΚΟ ΚΤΚΛΟ ήκεξα είλαη απνιχησο απνδεδεηγκέλν φηη νη θαηαιχηεο ζπκκεηέρνπλ ζηηο αληηδξάζεηο πνπ θαηαιχνπλ. Γελ θαηαλαιίζθνληαη, φπσο ηα αληηδξψληα, επεηδή ελψ ζε θάπνην ζηάδην ζρεκαηίδνπλ αζηαζή ελδηάκεζα κε ηηο αληηδξψληεο νπζίεο, ηα ελδηάκεζα απηά δηαζπψληαη ζε επφκελν ζηάδην απειεπζεξψλνληαο ηνλ θαηαιχηε. Απηφο κπνξεί ηφηε λα ζρεκαηίζεη θαη πάιη έλα αζηαζέο ελδηάκεζν κε έλα άιιν κφξην νπζίαο, ζπλερίδνληαο έηζη ηελ θαηαιπηηθή ηνπ δξάζε. Δπνκέλσο, έλα κφξην θαηαιχηε ή κία δξαζηηθή ζέζε αληηδξά κε έλα ηεξάζηην αξηζκφ κνξίσλ. Μηα πνιχ βνιηθή αλαπαξάζηαζε κηαο θαηαιπηηθήο αληίδξαζεο επηηπγράλεηαη ρξεζηκνπνηψληαο ηνλ θαηαιπηηθφ θχθιν. Απηφο απεηθνλίδεη κηα θιεηζηή αιιεινπρία ησλ ελδηάκεζσλ ζηαδίσλ απφ ηα νπνία πεξλάεη ε ρεκηθή αληίδξαζε. Ζ πεξηθέξεηα ηνπ θχθινπ δηαγξάθεηαη απφ ηα βέιε ησλ ελδηάκεζσλ ζηαδίσλ, ηα αζηαζή ελδηάκεζα ηνπ θαηαιχηε. ε θάπνην ζηάδην ν θαηαιχηεο αληηδξά κε Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

66 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ θάπνηα απφ ηηο νπζίεο, ελψ ζε θάπνην άιιν απνδεζκεχεηαη έηνηκνο λα ζπλερίζεη ηε δξάζε ηνπ. Έλα παξάδεηγκα θαηαιπηηθνχ θχθινπ είλαη ε απεηθφληζε ηεο φμηλεο αθπδάησζεο ηεο ηξηηνηαγνχο βνπηπιηθήο αιθνφιεο πξνο αηζέξα. ρήκα 5.1: Ο θαηαιπηηθφο θχθινο πνπ παξαζηάλεη ηελ φμηλε αθπδάησζε ηεο ηξηηνηαγνχο βνπηπιηθήο αιθνφιεο πξνο ηνλ αληίζηνηρν αηζέξα. 5.2 ΤΓΡΟΓΟΝΟΚΑΣΔΡΓΑΗΑ ΔΗΑΓΧΓΖ Μέρξη ηελ δεθαεηία ηνπ 40 ππήξμαλ ιίγα θίλεηξα γηα ηε βηνκεραλία πεηξειαίνπ γηα ηε βειηίσζε ηεο πνηφηεηαο ησλ πξντφλησλ κε ηε βνήζεηα ηεο πδξνγνλνθαηεξγαζίαο. κσο απφ ηελ αξρή ηεο δεθαεηίαο ηνπ 50, δηάθνξεο κεηαβνιέο θαη απαηηήζεηο πξνθάιεζαλ ηελ αλάπηπμε δηάθνξσλ δηεξγαζηψλ πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο. Ζ απμεκέλε παξαγσγή αθαηέξγαζησλ πεηξειαίσλ πςεινχ ζείνπ θαη ζπλεπψο ε αλάγθε λα αθαηξεζνχλ νη ζεηνχρεο ελψζεηο απφ ηα θιάζκαηα πεηξειαίνπ, νη πην απζηεξέο πξνδηαγξαθέο Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

67 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ πξντφλησλ ιφγσ πεξηβαιινληηθψλ απαηηήζεσλ θαη ε παξαγσγή απμαλφκελσλ πνζνηήησλ ππξνιπκέλσλ ζπζηαηηθψλ απφ ηηο δηεξγαζίεο κεηαηξνπήο ψζεζε ζηελ εγθαηάζηαζε κνλάδσλ πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο επαξθνχο δπλακηθφηεηαο ζηα δηπιηζηήξηα. Οη εγθαηαζηάζεηο πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο αληηπξνζσπεχνπλ ηηο πςειφηεξεο δπλακηθφηεηεο φισλ ησλ δηεξγαζηψλ δεπηεξνβάζκηαο επεμεξγαζίαο παγθνζκίσο. Οη δηεξγαζίεο πδξνγνλνθαηεξγαζίαο εθαξκφδνληαη γηα λε επηηχρνπλ ηνπο αθφινπζνπο ζηφρνπο: Αθαίξεζε ζείνπ, αδψηνπ, νμπγφλνπ θαη ελψζεσλ αξζεληθνχ απφ ηξνθνδνζία κνλάδσλ αλακφξθσζεο (λάθζα) γηα λα απνηξέςεη ηε δειεηεξίαζε ησλ θαηαιπηψλ ιεπθφρξπζνπ ζηνπο αλακνξθσηέο. Τδξνγφλσζε ησλ αθφξεζησλ πδξνγνλαλζξάθσλ ησλ θιαζκάησλ ππξνιπκέλεο λάθζαο γηα λα ειαρηζηνπνηήζεη ην ζρεκαηηζκφο θνθ ζηνπο θαηαιχηεο αλακφξθσζεο. Αχμεζε ηεο ζεξκηθήο ζηαζεξφηεηαο ησλ αεξνπνξηθψλ θαπζίκσλ. Δπηπιένλ κία βειηίσζε ηνπ ζεκείνπ θαπλνχ κπνξεί λα ππνβνεζεζεί απφ (κεξηθή) πδξνγφλσζε ησλ αξσκαηηθψλ νπζηψλ. Αθαίξεζε ελψζεσλ ζείνπ απφ ηα κέζα απνζηάγκαηα γηα λα επηηεπρζνχλ νη απαηηνχκελεο ηδηφηεηεο γηα ληήδει θίλεζεο θαη γηα πεηξέιαην ζέξκαλζεο. Οη αθφξεζηνη πδξνγνλάλζξαθεο ζηα ππξνιπκέλα (gasoil) πδξνγνλψλνληαη γηα λα βειηησζεί ε ζηαζεξφηεηα ηνπο θαη λα κεησζεί ε ηάζε ζρεκαηηζκνχ εμαλζξαθψκαηνο. Αθαίξεζε ζείνπ, αδψηνπ θαη ελψζεσλ κεηάιισλ απφ ηξνθνδνζίεο θαηαιπηηθήο ππξφιπζεο (gasoil θελνχ, αηκνζθαηξηθά ππνιείκκαηα) γηα λα πεξηνξίζεη ηελ απελεξγνπνίεζε ησλ θαηαιπηψλ απφ ην άδσην θαη ηα κέηαιια, θαη γηα ηελ παξαγσγή ππξνιπκέλσλ πξντφλησλ ρακειήο πεξηεθηηθφηεηαο ζε ζείν. Μείσζε ζείν ζε καδνχη. Τδξνγφλσζε δηνιεθηλψλ ζε ππξνιπκέλεο βελδίλεο (πνπ πξνέξρνληαη απφ κνλάδεο παξαγσγήο αηζπιελίνπ) γηα ηελ απνθπγή ζρεκαηηζκνχ θνκκησδψλ ελψζεσλ πνπ κεηψλνπλ ηε ζηαζεξφηεηα απηψλ ησλ βελδηλψλ. Βειηίσζε νζκήο, ρξψκαηνο θαη ζηαζεξφηεηαο ζε νμείδσζε ησλ ιηπαληηθψλ ειαίσλ (ήπηα πδξνγνλνθαηεξγαζία). Κνξεζκφο αξσκαηηθψλ θαη αθαίξεζε ζείνπ, αδψηνπ, θαη ελψζεσλ νμπγφλνπ κε έληνλε πδξνγφλσζε (πδξνγνλνθαηεξγαζία πςειήο πίεζεο) ησλ ιηπαληηθψλ ειαίσλ. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

68 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Ολνκαζίεο φπσο πδξνγνλνθαηεξγαζία (hydrotreating), πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο (hydroprocessing), πδξνγνλνππξφιπζε (hydrocracking), θαη πδξνγνλναπνζείσζε (hydrodesulphurization) ρξεζηκνπνηνχληαη κάιινλ αφξηζηα ζηε βηνκεραλία πεηξειαίνπ, επεηδή ζηηο δηεξγαζίεο πδξνγνλναπνζείσζεο θαη πδξνγνλνππξφιπζεο, νη ιεηηνπξγίεο απνζείσζεο θαη ππξφιπζεο πξαγκαηνπνηνχληαη ηαπηφρξνλα θαη είλαη αξθεηά ζρεηηθφ σο πξνο πνηα ππεξηζρχεη. Ο φξνο πδξνγνλνθαηεξγαζία αλαθέξεηαη ζε κηα ζρεηηθά ήπηα ιεηηνπξγία, θχξηνο ζηφρνο ηεο νπνίαο είλαη ν θνξεζκφο νιεθηλψλ θαη ε κείσζε ηεο πεξηεθηηθφηεηαο ζε ζείν θαη άδσην (θαη φρη ε κείσζε ηεο πεξηνρήο βξαζκνχ ηεο ηξνθνδνζίαο). Ζ πδξνγνλνππξφιπζε αλαθέξεηαη ζηηο δηεξγαζίεο ζηηο νπνίεο πξσηαξρηθφο ζηφρνο είλαη ε κείσζε ηεο πεξηνρήο βξαζκνχ θαη ε κεηαηξνπή ηνπ κεγαιχηεξνπ κέξνπο ηεο ηξνθνδνζίαο, ζε ρακειφηεξεο πεξηνρήο βξαζκνχ πξντφληα. Ζ πδξνγνλνθαηεξγαζία θαη ε πδξνγνλνππξφιπζε ζέηνπλ ηα δχν φξηα ηνπ θάζκαηνο θαη φιεο νη δηεξγαζίεο πνπ επηηπγράλνπλ ζεκαληηθή κείσζε ηεο πεξηεθηηθφηεηαο ζε ζείν θαη άδσην κε κηθξή κεηαβνιή ηεο πεξηνρήο βξαζκνχ σο πξνο ηελ ηξνθνδνζία, αλαθέξνληαη σο πδξνγνλνεπεμεξγαζία. Τδξνγνλνθαηεξγαζία είλαη ε δηεξγαζία πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ θαηαιπηηθή ζηαζεξνπνίεζε ησλ πξντφλησλ πεηξειαίνπ θαη ηελ επηιεθηηθή απνκάθξπλζε ζηνηρείσλ απφ πξντφληα ή ηξνθνδνζίεο δηεξγαζηψλ κέζσ αληίδξαζήο ηνπο κε πδξνγφλν. Ζ ζηαζεξνπνίεζε ζπλήζσο πεξηιακβάλεη ηε κεηαηξνπή αθφξεζησλ πδξνγνλαλζξάθσλ φπσο νιεθίλεο θαη δηνιεθίλεο ζε παξαθίλεο. Σα ζηνηρεία πνπ απνκαθξχλνληαη επηιεθηηθά κε ηελ πδξνγνλνθαηεξγαζία πεξηιακβάλνπλ ζείν, άδσην, νμπγφλν, αινγφλα θαη ίρλε κεηάιισλ. Τδξνγνλνθαηεξγαζία εθαξκφδεηαη ζε κεγάιν εχξνο ζπζηαηηθψλ, απφ λάθζα, έσο ππφιεηκκα απφζηαμεο. ηαλ ε δηεξγαζία ρξεζηκνπνηείηαη κε θχξην ζηφρν ηελ απνκάθξπλζε ζείνπ θαιείηαη ζπλήζσο πδξνγνλναπνζείσζε ἠ (HDS). Γηα λα ηθαλνπνηεζνχλ νη πεξηβαιινληηθέο απαηηήζεηο κπνξεί λα απαηηεζεί πδξνγφλσζε αξσκαηηθψλ δαθηπιίσλ γηα λα κεησζεί ε πεξηεθηηθφηεηα ζε αξσκαηηθά, κέζσ κεηαηξνπήο ηνπο ζε παξαθίλεο. Ζ ηξνθνδνζία αλακηγλχεηαη κε αέξην ξεχκα πινχζην ζε πδξνγφλν είηε πξηλ είηε κεηά ηελ πξνζέξκαλζε ζηε ζεξκνθξαζία εηζφδνπ ζηνλ αληηδξαζηήξα. Οη πεξηζζφηεξεο αληηδξάζεηο πδξνγνλνθαηεξγαζίαο πξαγκαηνπνηνχληαη θάησ απφ ηνπο 425 o C γηα λα ειαρηζηνπνηεζεί ε ππξφιπζε θαη ε ηξνθνδνζία ζεξκαίλεηαη ζε ζεξκνθξαζία κεηαμχ 260 θαη 425 o C. Ζ ηξνθνδνζία αλακεκηγκέλε κε πδξνγφλν εηζέξρεηαη ζην επάλσ κέξνο ηνπ Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

69 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ αληηδξαζηήξα ζηαζεξήο θιίλεο. Παξνπζία ηνπ θαηαιχηε νμεηδίσλ κεηάιισλ, ην πδξνγφλν αληηδξά κε ηε ηξνθνδνζία πξνο παξαγσγή πδξφζεηνπ, ακκσλίαο, θνξεζκέλσλ πδξνγνλαλζξάθσλ θαη ειεχζεξσλ κεηάιισλ. Σα κέηαιια παξακέλνπλ ζηελ επηθάλεηα ηνπ θαηαιχηε θαη ηα ππφινηπα πξντφληα εγθαηαιείπνπλ ηνλ αληηδξαζηήξα κε ην θχξην ξεχκα πδξνγφλνπ-πδξνγνλαλζξάθσλ. Σν πξντφλ ηνπ αληηδξαζηήξα ςχρεηαη πξνζεξκαίλνληαο ηελ ηξνθνδνζία πξηλ δηαρσξηζηεί ε πγξή θάζε απφ ηελ πινχζηα ζε πδξνγφλν θάζε. Σν πγξφ πξντφλ απνγπκλψλεηαη απφ ππνιεηκκαηηθφ πδξφζεην θαη ειαθξά αέξηα ζηνλ απνγπκλσηή. Σν αέξην πθίζηαηαη επεμεξγαζία γηα απνκάθξπλζε ηνπ πδξφζεηνπ θαη αλαθπθιψλεηαη ζηελ ηξνθνδνζία ΚΑΣΑΛΤΣΔ ΤΓΡΟΓΟΝΟΚΑΣΔΡΓΑΗΑ Οη θαηαιχηεο πδξνγνλνθαηεξγαζίαο πεξηιακβάλνπλ νμείδηα θνβαιηίνπ θαη κνιπβδαηλίνπ ζε αινπκίλα, νμείδην ληθειίνπ, ζεηνκνιπβδαηληθφ ληθέιην, ζεηνχρν βνιθξάκην, ζεηνχρν ληθέιην θαη νμείδην βαλαδίνπ. Οη θαηαιχηεο νμεηδίσλ θνβαιηίνπ θαη κνιπβδαηλίνπ ζε αινπκίλα, είλαη νη πιένλ επξέσο ρξεζηκνπνηνχκελνη ζήκεξα θαηαιχηεο επεηδή έρνπλ απνδεδεηγκέλα πςειή εθιεθηηθφηεηα, αλαγελληνχληαη εχθνια, θαη είλαη αλζεθηηθνί ζε δειεηεξίαζε. Πξηλ ρξεζηκνπνηεζνχλ νη θαηαιχηεο, ηα νμείδηα κεηάιισλ πξέπεη λα κεηαηξαπνχλ ζηα αληίζηνηρα ζνπιθίδηα. κσο εάλ πξέπεη λα γίλεη απνκάθξπλζε αδψηνπ, πην απνηειεζκαηηθνί θαηαιχηεο είλαη ληθειίνπ-θνβαιηίνπ ή ληθειίνπ-θνβαιηίνπ-κνιπβδαηλίνπ ζε θνξέα αινχκηλα. Σν άδσην αθαηξείηαη πην δχζθνια απφ ην ζείν θαη θάζε δηεξγαζία πνπ επηηπγράλεη ηθαλνπνηεηηθή απνκάθξπλζε ζείνπ πξαγκαηνπνηεί πνιχ εληνλφηεξε απνζείσζε ηεο ηξνθνδνζίαο. Οη θαηαιχηεο πνπ πεξηέρνπλ ληθέιην απαηηνχλ ζπλήζσο ελεξγνπνίεζε πξηλ ηε ρξήζε ηνπο (ελεξγνπνίεζε κε δηζεηάλζξαθα, κεξθαπηάλεο ή δηκεζπινζνπιθίδην) ή θαηά ηελ εθθίλεζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηεο κνλάδαο κε ην πδξφζεην πνπ παξάγεηαη ζην μεθίλεκα ηεο αληίδξαζεο. Ζ αληίδξαζε ζείσζεο είλαη έληνλα εμψζεξκε θαη πξέπεη λα δνζεί πξνζνρή ψζηε λα κελ ππάξμεη κεγάιε άλνδνο ηεο ζεξκνθξαζίαο θαηά ηελ ελεξγνπνίεζε. Οη θαηαιχηεο θνβαιηίνπ-κνιπβδαηλίνπ είλαη εθιεθηηθνί ζηελ απνκάθξπλζε ζείνπ θαη θαηαιχηεο ληθειίνπ-κνιπβδαηλίνπ ζηελ απνκάθξπλζε αδψηνπ. Οη θαηαιχηεο ληθειίνπκνιπβδαηλίνπ έρνπλ κεγαιχηεξε δξαζηηθφηεηα πδξνγφλσζεο απφ ηνπο θαηαιχηεο θνβαιηίνπ-κνιπβδαηλίνπ, άξα γηα ηηο ίδηεο ζπλζήθεο ιεηηνπξγίαο επηηπγράλνπλ ζε κεγαιχηεξν βαζκφ θνξεζκφ αξσκαηηθψλ δαθηπιίσλ. Με απιά ιφγηα, έλα ν θχξηνο Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

70 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ζηφρνο είλαη ε κείσζε ηνπ ζείνπ, ηφηε έλαο θαηαιχηεο θνβαιηίνπ-κνιπβδαηλίνπ ζα κεηψζεη ην ζείν ζην επηζπκεηφ επίπεδν ζε επηφηεξεο ζπλζήθεο θαη κε ρακειφηεξε θαηαλάισζε πδξνγφλνπ απφ έλαλ θαηαιχηε ληθειίνπ-κνιπβδαηλίνπ. Δάλ ν ζηφρνο είλαη ε απνκάθξπλζε αδψηνπ θαη ν θνξεζκφο αξσκαηηθψλ δαθηπιίσλ, επηιέγεηαη θαηαιχηεο ληθειίνπ-κνιπβδαηλίνπ ΑΝΣΗΓΡΑΔΗ Οη θχξηεο αληηδξάζεηο ηεο πδξνγνλνθαηεξγαζίαο είλαη απηέο ηεο απνζείσζεο, αιιά πνιιέο άιιεο πξαγκαηνπνηνχληαη, αλάινγα κε ηελ έληαζε ηεο ιεηηνπξγίαο. Σππηθέο αληηδξάζεηο είλαη: 1. Απνζείωζε Μεξθαπηάλεο: RSH + H 2 RH + H 2 S νπιθίδηα: R 1 SR 2 + H 2 R 1 H + R 2 H + H 2 S Γηζνπιθίδηα: R 1 SSR 2 + 3H 2 R 1 H + R 2 H + 2H 2 S Θεηνθαίληα: HC CH HC CH + 4H 2 C 4 H 10 + H 2 S S 2. Απαδώηωζε Ππξφιε: C 4 H 4 NH + 4H 2 C 4 H 10 + NH 3 Ππξηδίλε: C 5 H 5 N + 5H 2 C 5 H 12 + NH 3 3. Αθαίξεζε Ομπγόλνπ Φαηλφιε: C 6 H 5 OH + H 2 C 6 H 6 + H 2 O Τπεξνμείδηα: C 7 H 13 OOH + 3H 2 C 7 H H 2 O Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

71 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ 4. Αθαίξεζε Αινγόλωλ Υισξίδηα: RCl + H 2 RH + HCl 5. Τδξνγόλωζε Πεληέλην: C 5 H 10 + H 2 C 5 H Τδξνγνλνππξόιπζε C 10 H 22 + H 2 C 4 H 10 + C 6 H 14 C 10 H 22 + H 2 C 4 H 10 + C 6 H ΗΣΟΡΗΚΑ ΓΔΓΟΜΔΝΑ ΤΓΡΟΓΟΝΟΔΠΔΞΔΡΓΑΗΑ Έρνπλ πξαγκαηνπνηεζεί πνιιέο εξεπλεηηθέο πξνζπάζεηεο γηα ηελ αμηνιφγεζε ηεο πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο γηα δηάθνξνπο ηχπνπο βηνκάδαο. Έρεη πξαγκαηνπνηεζεί έξεπλα γηα πδξνγνλφιπζε (hydrogenolysis) δηάθνξσλ ηχπσλ θπηηθψλ ειαίσλ φπσο έιαηα maracuja, buritim tucha θαη babassu πάλσ ζε θαηαιχηε Ni Mo/γ-Al 2 O 3 θαζψο επίζεο θαη ε επηξξνή ηεο ζεξκνθξαζίαο θαη ηεο πίεζεο ζηελ απνηειεζκαηηθφηεηα ηεο. Ζ ίδηα νκάδα κειέηεζε εθηελψο ηελ κεηαηξνπή ησλ θπηηθψλ ειαίσλ ζε πξνζεησκέλνπο θαηαιχηεο ππφ πίεζε πδξνγφλνπ. Δπίζεο κειεηήζεθε ε πδξνγνλνεπεμεξγαζία ειαίνπ απφ ζπφξνπο ειαηνθξάκβεο, ζε εξγαζηεξηαθήο θιίκαθαο αληηδξαζηήξα γηα ζεξκνθξαζίεο 310 C θαη 360 C θαη πίεζε πδξνγφλνπ 7MPa θαη 15MPa, ρξεζηκνπνηψληαο ηξεηο δηαθνξεηηθνχο θαηαιχηεο Ni Mo/alumina. Απηά ηα πξντφληα πεξηείραλ θπξίσο n-επηαδεθάληα θαη n-νθηαδεθάληα ζπλνδεπκέλα απφ κηθξέο ζπγθεληξψζεηο απφ άιια n-αιθάληα θαη i-αιθάληα. Μηα άιιε εξεπλεηηθή νκάδα κειέηεζε έλαλ εκπνξηθφ θαηαιχηε CoMo γηα ηελ πδξνγνλνεπεμεξγαζία ειαίνπ βακβαθφζπνξσλ ζε έλα (trickle bed) αληηδξαζηήξα. Ζ απνηειεζκαηηθφηεηα ηεο θαηαιπηηθήο πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο, εξεπλήζεθε επίζεο γηα ηελ ζπλεπεμεξγαζία θπηηθνχ ιαδηνχ θαη θιαζκάησλ πεηξειαίνπ απφ άιιεο δχν εξεπλεηηθέο νκάδεο ρξεζηκνπνηψληαο εκπνξηθνχο θαηαιχηεο πδξνγνλνππξφιπζεο. Σειηθά, έγηλαλ έξεπλεο επίζεο γηα ην ρξεζηκνπνηεκέλν ηεγαλέιαην (WCO, Wasted Cooked Oil) ζαλ κηα ελαιιαθηηθή ηξνθνδνζία γηα πδξνγνλνεπεμεξγαζία γηα ηελ παξαγσγή βηνληήδει κε ρξήζε εκπνξηθνχ θαηαιχηε NiMo/Al 2 O 3. ε φιεο ηηο πεξηπηψζεηο ε θαηαιπηηθή Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

72 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ πδξνγνλνεπεμεξγαζία απνδείρηεθε σο κηα απνηειεζκαηηθή θαη πνιιά ππνζρφκελε ηερλνινγία γηα ηελ κεηαηξνπή πγξήο βηνκάδαο ζε βηνθαχζηκα ΠΛΔΟΝΔΚΣΖΜΑΣΑ ΤΓΡΟΓΟΝΟΔΠΔΞΔΡΓΑΗΑ Ζ απμαλφκελε δήηεζε θαη θαηαλάισζε ησλ νξπθηψλ θαπζίκσλ ζε αληίζεζε κε ηελ ζπλερή εμάληιεζε ησλ απνζεκάησλ ηνπο ζηνλ πιαλήηε έρεη ζηξέςεη ην ελδηαθέξνλ ηεο επηζηεκνληθήο θνηλφηεηαο ζε αλαδήηεζε λέσλ κνξθψλ θαη ηερλνινγηψλ παξαγσγήο θαπζίκσλ. Σα βηνθαχζηκα έξρνληαη λα αλαιάβνπλ απηφλ ηνλ λέν ξνιφ θαη λα αληηθαηαζηήζνπλ ηα ζπκβαηηθά θαχζηκα. Πνιιέο έξεπλεο έρνπλ γίλεη φζνλ αθνξά ηηο ηερλνινγίεο θαη ηνλ ηξφπν παξαγσγήο ηνπο. Ζ πδξνγνλνεπεμεξγαζία είλαη κηα δηεξγαζία κεηαηξνπήο κε θαηαιπηηθή πξνζζήθε πδξνγφλνπ θαη ζηνρεχεη ζηελ αχμεζε ηνπ ιφγνπ πδξνγφλνπ πξνο άλζξαθα (H:C), ζηελ κείσζε ησλ εηεξναηφκσλ ηνπ ζείνπ ηνπ αδψηνπ θαη ηνπ νμπγφλνπ (S, N, O) θαη ζηελ ειιάησζε ηνπ ζεκείνπ βξαζκνχ. Ζ πδξνγνλνεπεμεξγαζία πξνηηκάηαη ζαλ κέζνδνο γηαηί είλαη κηα επξέσο δηαδεδνκέλε ηερλνινγία γηα παξαγσγή ληήδει θαη βελδίλεο. Τπάξρνπλ πνιπάξηζκεο βηνκεραληθέο κνλάδεο παγθνζκίσο, ζαλ δηεξγαζία έρεη πςειφ βαζκφ απφδνζεο, επηηξέπεη κηα επειημία ζηελ επηινγή ηεο ηξνθνδνζίαο, δελ παξάγεη παξαπξνηφληα θαη εθαξκφδεηαη θαη γηα παξαγσγή βηνληήδει απφ αθαηέξγαζηα θπηηθά έιαηα. Γηαθφξνλ εηδψλ έξεπλεο έρνπλ γίλεη πάλσ ζηελ δηεξγαζία ηεο πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο, κε ζθνπφ λα αμηνινγεζεί ζαλ δηεξγαζία παξαγσγήο βηνληήδει απφ θπηηθά ιάδηα θαηεξγαζκέλα, αθαηέξγαζηα αιιά θαη ρξεζηκνπνηεκέλα Σν 2008 έγηλε κηα ζχγθξηζε αλάκεζα ζε πδξνγνλνεπεμεξγαζκέλν θπηηθφ ιάδη θαη πδξνγνλνεπεμεξγαζκέλν κείγκα θπηηθνχ ιαδηνχ θαη ληήδει ζε πνζνζηφ 30/70, γηα λα αμηνινγεζνχλ ηα πξντφληα ηνπο. Σα πξντφληα δνθηκάζηεθαλ ζε έλα κεγάινπ θπβηζκνχ ληεδεινθηλεηήξα θαη κεηξήζεθε ε ζχζηαζε ησλ θαπζαέξησλ θαη ε θαηαλάισζε. Σα απνηειέζκαηα έδεημαλ κείσζε ησλ θαπζαεξίσλ ζε CO θαη NOx. Ζ ρξήζε 100% θπηηθνχ ιαδηνχ πέηπρε κέρξη θαη 30% ιηγφηεξν ζρεκαηηζκφ θαπλφ νκίριεο αιιά θαη ρακειφηεξε θαηαλάισζε θαπζίκνπ ζπγθξηηηθά κε ην ληήδει. Βηνληήδει πςεινχ αξηζκνχ θεηαλίνπ επηηεχρζεθε απφ ηελ πδξνγνλνεπεμεξγαζία θνηληθέιαηνπ κε ρξήζε θαηαιχηε πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο (ΝηΜν/γAl 2 O 3 ). Σν θνηληθέιαην Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

73 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ κπνξεί λα κεηαηξαπεί εμνινθιήξνπ ζε παξαθίλεο πνπ βξίζθνληαη ζην εχξνο ηνπ ληήδει ζε εχξνο πηέζεσλ πδξνγφλνπ απφ 40-90bar. 5.3 ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ ΑΝ ΠΡΧΣΖ ΤΛΖ ΓΔΝΗΚΑ Μέρξη ζήκεξα ην ρξεζηκνπνηεκέλν ηεγαλέιαην είλαη έλα ηεξάζηην πεξηβαιινληηθφ πξφβιεκα. Αξθεί ε απφιεςε ελφο ιίηξνπ ηεγαλειαίνπ γηα λα κνιχλεη ιίηξα λεξνχ, ηελ πνζφηεηα δειαδή πνπ ρξεζηκνπνίεη ν κέζνο άλζξσπνο ζε 14 ρξφληα. Έηζη κε ηα νξπθηά θαχζηκα λα εμαληινχληαη θαη ηελ ηηκή ηνπο λα αλεβαίλεη, ηελ ίδηα ζηηγκή πνπ νη δπζκελείο επηπηψζεηο ηνπο ζην πεξηβάιινλ είλαη νξαηέο ην ελδηαθέξνλ γηα λέεο αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο νινέλα θαη απμάλεη. Καζψο ηα θαχζηκα κεηαθνξψλ ζπκβάινπλ κε πνζνζηφ άλσ ηνπ 30% ζηηο ζπλνιηθέο εθπνκπέο αεξίνπ ηνπ ζεξκνθεπίνπ, ε ελαιιαθηηθή πξννπηηθή ησλ βηνθαπζίκσλ αλαδχζεθε έληνλε ηα ηειεπηαία ρξφληα. Χζηφζν ηα πξψηεο γεληάο βηνθαχζηκα πνπ ζπλδέζεθαλ κε ηελ ακθηιεγφκελε δηακάρε ελέξγεηα ἠ ηξνθή πεξηφξηζαλ ηελ εμέιημή ηνπο. Γηα απηφ ην ιφγν αλαπηχρζεθαλ ηα βηνθαχζηκα δεχηεξεο γεληάο πνπ ζηεξίδνληαη απνθιεηζηηθά θαη κφλν ζε ππνιεηκκαηηθέο πξψηεο χιεο, έηζη απνηεινχλ κία πξφθιεζε θαη κία πξννπηηθή γηα ηελ αληηκεηψπηζε ησλ πεξηβαιινληηθψλ πξνβιεκάησλ θαη πεξηνξηζκέλσλ απνζεκάησλ νξπθηψλ θαπζίκσλ. πγθεθξηκέλα ε λέα ηερλνινγία παξαγσγήο βηνληήδει απφ ρξεζηκνπνηεκέλα ηεγαλέιαηα, πέξαλ ηνπ πεξηβαιινληηθνχ ηεο νθέινπο παξνπζηάδεη θαη κεγάιν επηρεηξεκαηηθφ ελδηαθέξνλ, αθελφο επεηδή ε πξψηε χιε ηνπ θαπζίκνπ είλαη δηαζέζηκε ζε κεγάιεο πνζφηεηεο ζηα ζεκεία καδηθήο εζηίαζεο ζηελ Διιάδα θαη, αθεηέξνπ, δηφηη ε ζπλνιηθή απφδνζε ηεο δηεξγαζίαο μεπεξλά ην 90% θαη φγθν. Σν λέν απηφ βηνληήδει παξνπζηάδεη αξθεηά πιενλεθηήκαηα έλαληη ηφζν ηνπ βηνληήδει πξψηεο γεληάο φζν θαη ηνπ ζπκβαηηθνχ ληήδει νξπθηήο πξνέιεπζεο. πγθεθξηκέλα έρεη πςειφηεξε ζεξκνγφλν δχλακε θαη πςειφηεξν αξηζκφ θεηαλίνπ γεγνλφο πνπ ην θαζηζηά θαιχηεξν σο θαχζηκν. Δπίζεο ην βηνληήδει παξνπζηάδεη απμεκέλε νμεηδσηηθή ζηαζεξφηεηα πνπ δίλεη επειημία σο πξνο ηελ κεηαθνξά θαη απνζήθεπζή ηνπ. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

74 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ 5.4 ΜΔΘΟΓΟ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΓΔΝΗΚΑ Σα ρξεζηκνπνηεκέλα ηεγαλέιαηα είλαη κία πηζαλή ηξνθνδνζία γηα ηελ παξαγσγή βηνληήδει, κηαο θαη είλαη έλα απφβιεην έιαην, αιιά εάλ δελ ζπιιερζεί θαη δελ θαηεξγαζηεί θαηάιιεια κπνξεί θαη λα πξνθαιέζεη ζεκαληηθά πεξηβαιινληηθά πξνβιήκαηα. Λφγσ πςειήο πεξηεθηηθφηεηάο ηνπο ζε ειεχζεξα ιηπαξά νμέα θαη άιια πξντφληα απνδφκεζεο, ηα ρξεζηκνπνηεκέλα ηεγαλέιαηα είλαη κηα απφ ηηο πην δχζθνιεο ηξνθνδνζίεο γηα ηελ παξαγσγή βηνληήδει ΜΔΘΟΓΟ ΓΗΑ ΣΟΝ ΜΔΣΑΥΖΜΑΣΗΜΟ ΣΧΝ ΔΛΑΗΧΝ Ζ κέζνδνο γηα ηνλ κεηαζρεκαηηζκφ ησλ θπηηθψλ ειαίσλ ζε πςειήο πνηφηεηαο θαχζηκα κεηαθνξψλ είλαη ε πδξνγνλνθαηεξγαζία απηψλ ησλ ειαίσλ. Σα ηξηγιπθεξίδηα, πνπ πεξηέρνληαη ζην έιαην, κεηαηξέπνληαη ζε πδξνγνλάλζξαθεο, θπξίσο ζε θαλνληθέο παξαθίλεο, παξνπζία πδξνγφλνπ θαη θαηαιχηε πδξνγνλνθαηεξγαζίαο NiMo, CoMo, NiW/γ-Al 2 O 3, ζε ζεξκνθξαζίεο o C θαη πίεζε ηνπιάρηζηνλ 3MPa, αθήλνληαο σο παξαπξντφληα CO 2 θαη H 2 O. Ο κεραληζκφο ηεο αληίδξαζεο είλαη πεξίπινθνο θαη απνηειείηαη απφ κία ζεηξά ζπλερφκελσλ βεκάησλ φπνπ ην γξεγνξφηεξν βήκα είλαη ν κεηαζρεκαηηζκφο ησλ ηξηγιπθεξηδίσλ ζε ιηπαξά νμέα. ηελ θαηεξγαζία ζπκβαίλνπλ ηξεηο παξάιιειεο αληηδξάζεηο: Τδξνγφλσζε ησλ δηπιψλ δεζκψλ ησλ αθφξεζησλ ιηπαξψλ νμέσλ. Τδξνγνλναπνμπγφλσζε (HDO), πνπ έρεη σο απνηέιεζκα ηελ απνκάθξπλζε ησλ αηφκσλ νμπγφλνπ απφ ηηο θαξβνμπινκάδεο θαη ηνλ ζρεκαηηζκφ λεξνχ. Τδξνγνλναπνθαξβνμπιίσζε (HDC), ε νπνία νδεγεί ζηελ θαηαζηξνθή ησλ θαξβνμπινκάδσλ θαη ηνλ ζρεκαηηζκφ ηνπ CO 2. ηελ πδξνγφλσζε-πδξνγνλναπνμπγφλσζε (HDO), ζρεκαηίδνληαη θαλνληθέο παξαθίλεο κε άξηην αξηζκφ αηφκσλ άλζξαθα ησλ αληίζηνηρσλ ιηπαξψλ νμέσλ ησλ ρξεζηκνπνηεκέλσλ ειαίσλ/ιηπψλ (θπξίσο n-c 16 n-c 18 ), λεξφ θαη πξνπάλην. ηελ Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

75 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ πεξίπησζε ηεο πδξνγνλναπνθαξβνμπιίσζεο (HDC), ηα πξντφληα είλαη δηνμείδην ηνπ άλζξαθα, πξνπάλην θαη θαλνληθέο παξαθίλεο κε πεξηηηφ αξηζκφ αηφκσλ ζην κφξην (θπξίσο n-c 15 n-c 17 ) ζπλήζσο κε θαηά έλα ιηγφηεξν απφ ηα αιθχιηα ησλ ηξηγιπθεξηδίσλ. Κπθινπνίεζε, αξσκαηνπνίεζε θαη ηζνκεξηζκφο είλαη παξάπιεπξεο αληηδξάζεηο. Απμάλνληαο ηελ ζεξκνθξαζία, ν ξπζκφο πδξνγνλναπνθαξβνμπιίσζεο ππεξέρεη ηεο πδξνγνλναπνμπγφλσζεο. 5.5 ΚΑΣΑΛΤΣΔ ΔΠΗΛΟΓΖ ΚΑΣΑΛΤΣΖ Ζ επηινγή ηνπ θαηαιχηε πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο απνηειεί έλα ζεκαληηθφ βήκα γηα ηνλ θαζνξηζκφ ηεο απφδνζεο θαη ηεο πνηφηεηαο ηνπ πξντφληνο θαζψο θαη ηεο ρξνληθήο δηάξθεηαο ηεο δηεξγαζίαο ζηελ πεηξειατθή βηνκεραλία. πγθεθξηκέλα ε επηινγή ελφο θαηαιχηε πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο, είλαη ελδηαθέξνπζα πξφθιεζε γηα δχν ιφγνπο: ε ελεξγφηεηα ελφο θαηαιχηε δηαθέξεη ζεκαληηθά, θαζψο νη εκπνξηθνί θαηαιχηεο είλαη ζρεδηαζκέλνη γηα δηαθνξεηηθέο ηξνθνδνζίεο, π.ρ. ηξνθνδνζίεο κε πςειέο ζπγθεληξψζεηο ζείνπ, βαξηέο ηξνθνδνζίεο (πεξηέρνπλ κεγάια κφξηα), ηξνθνδνζίεο κε πςειέο ζπγθεληξψζεηο νμπγφλνπ θιπ. πξνο ην παξφλ δελ ππάξρνπλ δηαζέζηκνη εκπνξηθνί θαηαιχηεο πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο, γηα δηεξγαζίεο πνπ έρνπλ σο ηξνθνδνζία ρξεζηκνπνηεκέλν ηεγαλέιαην. Ζ απνηίκεζε ηεο ελεξγφηεηαο ελφο θαηαιχηε πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο απνηειείηαη απφ ηέζζεξα κέξε: ηε θφξησζε ηνπ θαηαιχηε ηε πξνζείσζε ηνπ θαηαιχηε ηελ αμηνιφγεζε ηνπ θαηαιχηε θαη ηε μεθφξησζε θαη ηνλ θαζαξηζκφ ηνπ θαηαιχηε. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

76 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Σν θφξησκα ηνπ θαηαιχηε εθηειείηαη κε βάζε ηε γεσκεηξία ηνπ αληηδξαζηήξα θαη ηνπ θαηαιχηε θαη ηελ επηζπκεηή σξηαία ηαρχηεηα ρψξνπ ηνπ πγξνχ (LHSV) θαη ππφ θπζηνινγηθέο ζπλζήθεο δηαξθεί 1-2 κέξεο. Ζ δηαδηθαζία πξνζείσζεο ηνπ θαηαιχηε θαζνξίδεηαη απφ ηνλ θαηαζθεπαζηή ηνπ θαηαιχηε θαη δηαξθεί πεξίπνπ 1-3 κέξεο. Σν θχξην πξσηφθνιιν αμηνιφγεζεο ηνπ θαηαιχηε, ην νπνίν ρξεζηκνπνηείηαη γηα θάζε θαηαιχηε, απνηειείηαη απφ δηάθνξεο ζεξκνθξαζίεο πνπ πξνηείλνληαη απφ ηνλ θαηαζθεπαζηή ηνπ θαηαιχηε. Κάζε ζεξκνθξαζηαθή ζπλζήθε δηαξθεί πεξίπνπ 4-6 κέξεο. Σέινο, ην μεθφξησκα θαη ν θαζαξηζκφο δηαξθνχλ ζπλήζσο 1-2 κέξεο ΤΓΚΡΗΖ-ΑΞΗΟΛΟΓΖΖ Αμηνινγνχληαη θαη ζπγθξίλνληαη ηξεηο δηαθνξεηηθνί εκπνξηθνί θαηαιχηεο. Έλαο ζπκβαηηθφο θαηαιχηεο πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο (θαηαζθεπαζκέλνο γηα πδξνγνλναπνζείσζε θαη πδξνγνλναπαδψησζε βαξηψλ θιαζκάησλ πεηξειαίνπ), έλαο θαηαιχηεο ήπηαο πδξνγνλνππξφιπζεο (ζρεδηαζκέλνο γηα θνξεζκφ θαη ήπηα ππξφιπζε) θαη έλαο θαηαιχηεο πδξνγνλνππξφιπζεο (ζρεδηαζκέλνο λα κεγηζηνπνηεί ηελ απφδνζε ησλ κεζαίσλ πεηξειατθψλ θιαζκάησλ απφ βαξχηεξα). Καηαιύηεο A: HDT Καηαιύηεο B: MID-HDC Καηαιύηεο C: HDC T ( C) P (MPa) LHSV (h -1 ) H 2 /Oil (Nm 3 /m 3 ) Πίλαθαο 5.1: πλζήθεο ιεηηνπξγίαο γηα ηνπο θαηαιχηεο Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

77 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ Ζ κεηαηξνπή ησλ εηεξναηφκσλ (S, N θαη Ο) πνπ πεξηέρνληαη ζην ηεγαλέιαην θαη ζην πξντφλ παξνπζηάδνληαη παξαθάησ. Παξφιν πνπ πξνζηίζεληαη ζείν θαη άδσην ζε ζεκαληηθέο πνζφηεηεο ζηελ ηξνθνδνζία, γηα ηελ ελεξγνπνίεζε ηνπ θαηαιχηε, ην πξντφλ πεξηέρεη κφλν ίρλε απ απηά ηα ζηνηρεία. Απηφ νθείιεηαη ζηηο αληηδξάζεηο απνκάθξπλζεο ησλ εηεξναηφκσλ θαηά ηελ πδξνγνλνεπεμεξγαζία (θπξίσο ζείνπ, αδψηνπ θαη νμπγφλνπ), γεγνλφο πνπ απνηειεί κηα πνιχ ζεκαληηθή παξάκεηξν ηεο απνηειεζκαηηθφηεηαο ηεο πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο, θαη απηφ γηαηί ηα εηεξνάηνκα δελ είλαη επηζπκεηά ζην ηειηθφ πξντφλ. Αλάκεζα ζηα ηξία εηεξνάηνκα, ην ζείν απνκαθξχλεηαη απνηειεζκαηηθά ζε πνζνζηφ 99% απφ ηνπο θαηαιχηεο Α θαη C. Σν νμπγφλν απνκαθξχλεηαη επίζεο απνηειεζκαηηθά απφ ηνπο θαηαιχηεο Α θαη C ζε πνζνζηφ πάλσ απφ ην 95% ηεο αξρηθήο πεξηεθηηθφηεηάο ηνπ ζην ρξεζηκνπνηεκέλν ηεγαλέιαην, ελψ ν θαηαιχηεο Β δελ είλαη ην ίδην απνηειεζκαηηθφο (κφλν ην 55.3% ηνπ νμπγφλνπ απνκαθξχλζεθε). Σέινο, ιακβάλνληαο ππφςε ηελ απνκάθξπλζε ηνπ αδψηνπ, νη θαηαιχηεο Α θαη C θαηάθεξαλ λα απνκαθξχλνπλ πάλσ απφ ην 99% ηνπ αδψηνπ. ηελ πεξίπησζε ηνπ θαηαιχηε Β, ε ζπγθέληξσζε ηνπ αδψηνπ πνπ εληνπίζηεθε ζην ηειηθφ πξντφλ ήηαλ κεγαιχηεξε απφ ηε ζπγθέληξσζε ηνπ αδψηνπ ζηελ ηξνθνδνζία, γεγνλφο πνπ απνδεηθλχεη φηη δελ έγηλε απνκάθξπλζε αδψηνπ κε ηε ρξήζε ηνπ θαηαιχηε Β. ια ηα παξαπάλσ απνηειέζκαηα απνδεηθλχνπλ φηη ν θαηαιχηεο Α ήηαλ ν πην απνηειεζκαηηθφο ζηελ απνκάθξπλζε ησλ εηεξναηφκσλ. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

78 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Καηαιύηεο Σξνθνδνζία A: HDT B: MID-HDC C: HDC Ππθλόηεηα kg/l Θείν Wppm Άδωην Wppm Τδξνγόλν wt% Άλζξαθαο wt% Ομπγόλν wt% IBP C % C % C % C % C % C % C % C FBP C H/C Πίλαθαο 5.2: χγθξηζε ηεο πνηφηεηαο ησλ πδξνγνλνθαηεξγαζκέλσλ πξντφλησλ ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ Ο θαηαιχηεο πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο (Α) παξνπζίαζε ηελ κεγαιχηεξε κεηαηξνπή (~83%) θαζψο θαη ηελ κεγαιχηεξε εθιεθηηθφηεηα ζε ληήδει. ηελ πεξίπησζε ηνπ θαηαιχηε (Α), ε απφδνζε ζε ληήδει ήηαλ πάλσ απφ 94%. Ο θαηαιχηεο (Α) εκθάληζε Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

79 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ επίζεο κηα δξαζηηθή ηθαλφηεηα ζηελ απνκάθξπλζε ησλ εηεξναηφκσλ. ζνλ αθνξά ηνλ θνξεζκφ ησλ δηπιψλ δεζκψλ, πνπ γίλεηαη αληηιεπηφο απφ ην ιφγν C/H, νη θαηαιχηεο (Α) θαη (C) εκθαλίζηεθαλ θαιχηεξνη απφ ηνλ θαηαιχηε (Β). πλεπψο, ν θαηαιχηεο (Α) ήηαλ ν θαηαιιειφηεξνο γηα ηελ πδξνγνλνθαηεξγαζία ρξεζηκνπνηεκέλνπ ηεγαλειαίνπ κε ζθνπφ ηελ παξαγσγή βηνληήδει. 5.6 ΜΟΝΑΓΑ ΤΓΡΟΓΟΝΟΔΠΞΔΡΓΑΗΑ ΠΔΡΗΓΡΑΦΖ ΠΗΛΟΣΗΚΖ ΜΟΝΑΓΑ Ζ πηινηηθή κνλάδα πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε νλνκάδεηαη VB01. Ζ VB01 ζπλδπάδεη ηελ επειημία ησλ πηινηηθψλ κνλάδσλ επηηξέπνληαο ηελ ιεηηνπξγία ζε πςειέο πηέζεηο θαη ζεξκνθξαζίεο. Δηθόλα 5.1: Πηινηηθή κνλάδα πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο πσο θαίλεηαη ζην ζρήκα 5.2 ε κνλάδα απνηειείηαη απφ ηα εμήο κέξε : - χζηεκα ηξνθνδνζίαο πδξνγφλνπ (PCV-21) θαη πγξήο ηξνθνδνζίαο (Feed Tank V-51). - χζηεκα αληίδξαζεο (Reactor R-101). Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

80 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ - Γηαρσξηζκφο πξντφλησλ (Separator V-91). - πιινγή πξντφλησλ αέξησλ (Gas Sample) θαη πγξψλ (Product XV-91) ρήκα 5.2: ρεκαηηθφ δηάγξακκα ηεο ξνήο ηεο κνλάδαο Σν ζχζηεκα ηξνθνδνζίαο απνηειείηαη απφ ην δνρείν ηξνθνδνζίαο (V-51), ζην νπνίν ην πγξφ βξίζθεηαη θάησ απφ αηκφζθαηξα αδψηνπ θαη ηξνθνδνηείηαη κέζσ ηεο αληιίαο (Ρ- 52) ζηνλ αληηδξαζηήξα. Θα πξέπεη λα αλαθεξζεί φηη ιφγσ ηνπ κεγάινπ ζεκείνπ ξνήο ησλ βαξηψλ ηξνθνδνζηψλ (νη νπνίεο είλαη ζπλήζσο ζηεξεέο ζε ζεξκνθξαζία πεξηβάιινληνο) ην δνρείν ηξνθνδνζίαο θαζψο θαη φιεο νη γξακκέο ηεο ηξνθνδνζίαο Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

81 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ είλαη ζεξκαηλφκελεο έηζη ψζηε λα δηαηεξνχληαη νη βαξηέο ηξνθνδνζίεο ζε πγξή θαηάζηαζε. ζνλ αθνξά ηελ ηξνθνδνζία πδξνγφλνπ (H2), απηφ ηξνθνδνηείηαη ζηε κνλάδα κέζσ ηνπ θεληξηθνχ ζπζηήκαηνο αεξίσλ ηνπ ΔΚΔΣΑ. Ζ πίεζε ηνπ πδξνγφλνπ ξπζκίδεηαη απφ ηε βάλα PCV 21, ελψ ε παξνρή ηνπ θαζνξίδεηαη απφ ην ξπζκηζηή καδηθήο παξνρήο MFC 21. Σέινο αμίδεη λα ζεκεησζεί φηη ε αληιία ηξνθνδνζίαο (P-52) εμαζθαιίδεη ηελ εηζξνή ηεο πγξήο ηξνθνδνζίαο ζηηο γξακκέο πςειήο πίεζεο φπνπ απηή αλακηγλχεηαη κε ην H2. Δηθόλα 5.2: χζηεκα ηξνθνδνζίαο Σν ζχζηεκα ηεο αληίδξαζεο (Reactor R-101) είλαη ν θαηαιπηηθφο αληηδξαζηήξαο. Ο αληηδξαζηήξαο απνηειείηαη απφ κηα θαηαιπηηθή θιίλε ζηελ νπνία ηνπνζεηείηαη θαηαιχηεο θαη αδξαλέο πιηθφ. Ζ θαηάιιειε ηνπνζέηεζε ησλ ζσκαηηδίσλ ηνπ θαηαιχηε θαη ηνπ αδξαλνχο πιηθνχ δηαθνξεηηθήο θνθθνκεηξίαο γίλεηαη ζε δηάθνξεο δψλεο κέζα ζηνλ αληηδξαζηήξα, ζχκθσλα κε ηηο αλάγθεο ηνπ θάζε πεηξάκαηνο. Ζ ζέξκαλζε ηνπ αληηδξαζηήξα γίλεηαη εμσηεξηθά απφ 6 αλεμάξηεηεο δψλεο ζέξκαλζεο θαη ειέγρεηαη κε ζεξκνζηνηρεία (thermo well) θαηάιιεια πξνζαξκνζκέλα εζσηεξηθά αιιά θαη εμσηεξηθά ζε φιν ην χςνο ηνπ αληηδξαζηήξα. Καζψο ε ηξνθνδνζία (πγξή + H2) δηέξρεηαη κέζα απφ ηνλ αληηδξαζηήξα, ιακβάλνπλ ρψξα νη αληηδξάζεηο πδξνγνλναπνζείσζεο, πδξνγνλναπαδψησζεο, θνξεζκνχ αθφξεζησλ δεζκψλ, θαζψο Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

82 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ θαη πδξνγνλνδηάζπαζεο. Αμίδεη λα ζεκεησζεί φηη ιφγσ ησλ πςειψλ ζεξκνθξαζηψλ θαη πηέζεσλ, κέζα ζηνλ αληηδξαζηήξα εκθαλίδνληαη ηξεηο θάζεηο: ε πγξή θάζε (έλα κέξνο ηεο πγξήο ηξνθνδνζίαο), ε αέξηα θάζε (έλα κέξνο ηεο ηξνθνδνζίαο + H 2 ) θαζψο θαη ε ζηεξεή θάζε (θαηαιχηεο). Γηα ην ιφγν απηφ θαη έλα κεγάιν κέξνο ηνπ πξντφληνο εμέξρεηαη απφ ηνλ αληηδξαζηήξα ππφ κνξθή αεξίνπ πνπ κεηά ηελ έμνδν απφ ηνλ αληηδξαζηήξα δηέξρεηαη απφ ην ζχζηεκα δηαρσξηζκνχ φπνπ ςχρεηαη θαη πγξνπνηείηαη. Δηθόλα 5.3: Αληηδξαζηήξαο Δηθόλα 5.4: Αληηδξαζηήξαο θαη ζεξκνζηνηρεία Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

83 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ Ο δηαρσξηζκφο ησλ πξντφλησλ επηηπγράλεηαη κε ηελ δίνδν ηνπο απφ έλαλ ζπκππθλσηή δηπινχ ζσιήλα θαη ζηε ζπλέρεηα απφ ην δηαρσξηζηή (V-91), φπνπ δηαρσξίδνληαη ηα πγξά απφ ηα αέξηα πξντφληα. Σα πγξά νδεγνχληαη κέζσ ηεο βάλαο LV- 91 απφ ην θάησ ηκήκα ηνπ δηαρσξηζηή πξνο ηελ έμνδν, ελψ ηα αέξηα κέζσ ηεο βάλαο PV-81 απφ ηε θνξπθή ηνπ δηαρσξηζηή γηα δεηγκαηνιεςία ή κέηξεζε ηεο παξνρήο ηνπο. Ζ βάλα ησλ αεξίσλ PV-81 ειέγρεη ηελ πίεζε ηεο κνλάδαο. Ζ ζσζηή ιεηηνπξγία ηνπ δηαρσξηζηή βαζίδεηαη ζηε δηαηήξεζε ηεο ζηάζκεο ηνπ πγξνχ ζε έλα επηζπκεηφ επίπεδν κε ηελ βνήζεηα ηνπ ζπζηήκαηνο ξχζκηζεο ζηάζκεο (LT-91) Δηθόλα 5.5: πκππθλσηήο δηπινχ ζσιήλα θαη δηαρσξηζηήο Γηα ηε ζπιινγή ησλ πξντφλησλ, ην πγξφ πξντφλ δηέξρεηαη απφ κηα ηξίνδε βάλα (XV-91) θαη ππάξρεη δπλαηφηεηα ζπιινγήο ηνπ ή απφξξηςήο ηνπ ζηα απφβιεηα. Ζ δεηγκαηνιεςία ηνπ πξντφληνο ξπζκίδεηαη απηφκαηα αλάινγα κε ηηο απαηηήζεηο ηνπ εθάζηνηε πεηξάκαηνο. Σα αέξηα πξντφληα κπνξνχλ είηε λα δηνρεηεχνληαη ζην ζχζηεκα εμαεξηζκνχ ηνπ εξγαζηεξίνπ (vent) είηε λα ζπιιέγνληαη γηα αλάιπζε κε ηε βνήζεηα θαηάιιειεο ζαθνχιαο δεηγκαηνιεςίαο αεξίνπ Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

84 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Δηθόλα 5.6: Σξίνδε βάλα γηα ηε ζπιινγή πγξνχ πξντφληνο Δηθόλα 5.7: αθνχια δεηγκαηνιεςίαο ΠΔΡΗΓΡΑΦΖ ΠΔΗΡΑΜΑΣΟ ιεο νη κνλάδεο πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο, ιφγσ ησλ πςειψλ πηέζεσλ θαη ζεξκνθξαζηψλ, πξέπεη λα ειέγρνληαη ζπζηεκαηηθά πξηλ απφ θάζε πείξακα. Πξηλ ηελ έλαξμε ελφο λένπ πεηξάκαηνο γίλνληαη νη παξαθάησ δηεξγαζίεο ζπληήξεζεο: Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

85 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ - Έιεγρνο επηθνηλσλίαο ηεο κνλάδαο VB01 κε Ζ / Τ - Έιεγρνο αληιηψλ ηξνθνδνζίαο - Σεζη ζπκπίεζεο (ηφζν ηνπ αληηδξαζηήξα φζν θαη ηνπ ηκήκαηνο πςειήο πίεζεο ηεο VB01) - Σεζη δηαξξνψλ He, κε ηε βνήζεηα αληρλεπηή He. Μεηά ην ηέινο ελφο πεηξάκαηνο ν αληηδξαζηήξαο αθήλεηε λα θξπψζεη ζε ζεξκνθξαζία πεξηβάιινληνο εηζάγνληαο κέγηζηε παξνρή αεξίνπ πδξνγφλνπ (2scfh). Ζ παξνρή ηεο πγξήο ηξνθνδνζίαο δηαθφπηεηαη πξνθεηκέλνπ λα ζηεγλψζεη ν αληηδξαζηήξαο θαη λα είλαη πην εχθνιν ην μεθφξησκα ηνπ θαηαιχηε. Ζ δηαδηθαζία απηή κπνξεί λα γίλεη θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λχρηαο. ηαλ ηειεηψζεη ε δηαδηθαζία ζηεγλψκαηνο ηνπ αληηδξαζηήξα ε ηξνθνδνζία ηνπ πδξνγφλνπ δηαθφπηεηαη (αλ ε δηαδηθαζία ηνπ ζηεγλψκαηνο έγηλε κε Ζ 2 ηφηε πξέπεη λα πεξάζεη Ν 2 γηα κεξηθά ιεπηά ψζηε λα απνκαθξπλζεί ην Ζ 2 ) θαη ε κνλάδα απνζπκπηέδεηαη. Σέινο, ε κνλάδα απελεξγνπνηείηαη θαη είλαη έηνηκε γηα ηελ αθαίξεζε ηνπ αληηδξαζηήξα. Οη εξγαζίεο αθαίξεζεο γίλνληαη απφ ηελ ηερληθή ππεξεζία. Ο αθαηξνχκελνο αληηδξαζηήξαο νδεγείηαη ζην κεραλνπξγείν φπνπ γίλεηαη ε θφξησζή ηνπ κε λέν θαηαιχηε. Ζ θφξησζε ηνπ αληηδξαζηήξα γίλεηαη ζχκθσλα κε ην ζρέδην θφξησζεο ηνπ εθάζηνηε πεηξάκαηνο. Αξρηθά ην θάησ κέξνο ηνπ αληηδξαζηήξα ζθξαγίδεηαη αθνχ έρεη ηνπνζεηεζεί πξνεγνπκέλσο ην ζεξκνζηνηρείν (Thermo well) ζην εζσηεξηθφ ηνπ αληηδξαζηήξα (ην ζεξκνζηνηρείν ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα ζηέιλεη δεδνκέλα ζηνλ Ζ/Τ γηα ηελ ζεξκνθξαζία πνπ επηθξαηεί θάζε θνξά κέζα ζηνλ αληηδξαζηήξα θαηά ηελ δηάξθεηα ησλ πεηξακάησλ). ηελ πνξεία ηνπνζεηείηαη παινβάκβαθαο ζην θάησ κέξνο ηνπ αληηδξαζηήξα ν νπνίνο παθηψλεηαη κε έλα εηδηθφ εξγαιείν. Ο παινβάκβαθαο ηνπνζεηείηαη γηα λα κελ επηηξέπεη ηα ζσκαηίδηα ηνπ θαηαιχηε λα θχγνπλ απφ ηνλ αληηδξαζηήξα θαη λα πεξάζνπλ ζηηο ζσιελψζεηο ηεο κνλάδαο θαηά ηελ δηάξθεηα ησλ πεηξακάησλ. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

86 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ηε ζπλέρεηα ρξεζηκνπνηείηαη ην εμάξηεκα ηεο εηθφλαο παξαθάησ, ζηεξεψλνληαο ηελ άθξε ηνπ ζεξκνζηνηρείνπ ζην θέληξν ηνπ, θαη θνξηψλεηαη ην πξψην πιηθφ ηνπ αληηδξαζηήξα (bottom distributor) πνπ απνηειείηαη απφ SiC (αδξαλέο πιηθφ). Αθνχ ηνπνζεηεζεί ην πξψην ηκήκα κε SiC, ζηε ζπλέρεηα αθαηξείηαη ην εμάξηεκα θαη ηνπνζεηείηαη ε ξάβδν θφξησζεο ζην πάλσ κέξνο ηνπ αληηδξαζηήξα, ηαπηφρξνλα κε έλα ζθπξί κε ιάζηηρν ρηππηέηαη ην ηνίρσκα ηνπ αληηδξαζηήξα απφ φιεο ηηο πιεπξέο ηνπ γηα λα θαηαθαζίζεη ν παινβάκβαθαο θαη ην αδξαλέο πιηθφ SiC. ηαλ ε θιίλε δελ ππνρσξεί άιιν πξέπεη λα θαηαγξαθεί ην χςνο ηεο. Ζ δηαδηθαζία επαλαιακβάλεηαη γηα ηε θφξησζε ησλ ππνινίπσλ ζηξσκάησλ ηνπ αληηδξαζηήξα κε ηνλ θαηαιχηε θαη αλαιφγσο κε ηε δηαδηθαζία πνπ έρεη πξνβιεθζεί απφ ην θάζε πείξακα. Σέινο πξέπεη λα ηνπνζεηεζεί αδξαλέο πιηθφ ζην πάλσ κέξνο ηνπ αληηδξαζηήξα (top distributor-spacer) θαη παινβάκβαθαο θαη ζηελ ζπλέρεηα ν αληηδξαζηήξαο ζθξαγίδεηαη. Δηθόλα 5.8: Δξγαιείν πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ θφξησζε ηνπ αληηδξαζηήξα Δηθόλα 5.9: Δμάξηεκα πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε ζηεξέσζε ηνπ ζεξκνζηνηρείνπ Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

87 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ Δηθόλα 5.10: ρέδην θφξησζεο αληηδξαζηήξα Γηα ηελ ελεξγνπνίεζε ηνπ θαηαιχηε αθνινπζείηαη ε δηαδηθαζία ηεο πξνζείσζεο. Ζ δηαδηθαζία πνπ αθνινπζείηαη θαζνξίδεηαη απφ ηελ εηαηξεία θαηαζθεπήο ηνπ. Γηα ηελ πξνζείσζε ησλ θαηαιπηψλ ρξεζηκνπνηνχληαη ζπγθεθξηκέλεο ζπλζήθεο ιεηηνπξγίαο αιιά θαη ζπγθεθξηκέλα ραξαθηεξηζηηθά ηξνθνδνζίαο. ηελ αξρή ηεο πξνζείσζεο ηξνθνδνηείηαη ζηελ κνλάδα αέξην άδσην κε πςειή ξνή. Σν άδσην ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα απνκαθξχλεη ηελ πνζφηεηα ήιηνπ πνπ έρεη κείλεη απφ ην ηεζη ζπκπίεζεο. Έλαο αθφκα ιφγνο πνπ γίλεηαη ρξήζε αδψηνπ είλαη γηα λα πξαγκαηνπνηεζεί μήξαλζε ηνπ θαηαιχηε απφ ηπρφλ πγξαζία πνπ κπνξεί λα έρεη αλαπηπρζεί θαηά ηελ απνζήθεπζή ηνπ. Αθνχ ηειεηψζεη ε μήξαλζε, ηξνθνδνηείηαη ζηελ κνλάδα αέξην πδξνγφλν θαη απμάλεηαη ε ζεξκνθξαζία γηα λα αξρίζεη ε ελεξγνπνίεζε ηνπ θαηαιχηε (conditioning) θαη ε απνκάθξπλζε ηνπ αδψηνπ πνπ ππάξρεη απφ ηελ πξνεγνχκελε δηαδηθαζία. Ο ιφγνο πνπ πεξλάεη ζηελ αξρή άδσην γηα ηελ μήξαλζε είλαη γηαηί εάλ ππήξρε θαη ζηα δχν ζηάδηα αέξην πδξνγφλν εθηφο απφ ηελ μήξαλζε ηνπ θαηαιχηε ζα άξρηδε παξάιιεια θαη ε Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

88 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ ελεξγνπνίεζε ηνπ, ε νπνία ζα γηλφηαλ κε ιάζνο ηξφπν θαη ζα είρε αξλεηηθέο επηπηψζεηο ζηνλ ηξφπν ιεηηνπξγίαο ηνπ. 5.7 ΗΓΗΟΣΖΣΔ ΣΟΤ ΠΑΡΑΓΟΜΔΝΟΤ ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ Παξαθάησ παξνπζηάδνληαη νη ηδηφηεηεο ηεο ηξνθνδνζίαο (ηεγαλέιαην), ηνπ πξντφληνο κεηά ηελ δηαδηθαζία ηεο πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο θαζψο θαη ηνπ ηειηθνχ βηνληήδει πνπ ιακβάλεηαη απφ ηελ απφζηαμε ηνπ πδξνγνλνεπεμεξγαζκέλνπ πξντφληνο. πσο αλαθέξζεθε, θάπνηεο κηθξέο πνζφηεηεο ζείνπ θαη αδψηνπ πξνζηίζεληαη ζηελ ηξνθνδνζία γηα λα απμεζεί ε ελεξγφηεηα ηνπ θαηαιχηε. Απηφ έξρεηαη ζε αληίζεζε κε ην γεγνλφο φηη ε πδξνγνλνεπεμεξγαζία ζηνρεχεη ζηελ απνκάθξπλζε ησλ εηεξναηφκσλ (θπξίσο ζείνπ, αδψηνπ θαη νμπγφλνπ), νη πεξηεθηηθφηεηεο ησλ νπνίσλ είλαη ζεκαληηθή παξάκεηξνο γηα λα ειεγρζεί ε απνηειεζκαηηθφηεηα ηεο πδξνγνλνεπεμεξγαζίαο, αθνχ ζην ηειηθφ πξντφλ δελ είλαη επηζπκεηέο απηέο νη ελψζεηο. Δπίζεο παξνπζηάδνληαη νη ηδηφηεηεο ηνπ παξαγφκελνπ βηνθαπζίκνπ. Ο δείθηεο θεηαλίνπ (cetane index) είλαη κηα ππνινγηζηηθή εθηίκεζε ηνπ αξηζκνχ θεηαλίνπ (cetane number), θαη ππνινγίδεηαη κε βάζε ηα δεδνκέλα ηεο απφζηαμεο θαη ηεο ππθλφηεηαο. Ζ ζπλεζέζηεξε κέζνδνο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηνπ είλαη ε ASTM D 976. Ο αξηζκφο θεηαλίνπ είλαη πνιχ ζεκαληηθφο θαζψο δείρλεη ην ρξφλν πνπ ρξεηάδεηαη απφ ηελ έγρπζε ηνπ θαπζίκνπ κέρξη ηελ απηαλάθιεμή ηνπ. ζν πην κεγάινο είλαη απηφο ν ρξφλνο ηφζν πην κηθξή είλαη ε θαζπζηέξεζε ηεο αλάθιεμεο. πσο θαίλεηαη απφ ηνλ πίλαθα ν δείθηεο θεηαλίνπ είλαη αξθεηά ηθαλνπνηεηηθφο γηα ην παξαγφκελν βηνληήδει δεχηεξεο γεληάο. Σν ζεκείν λέθσζεο (cloud point) είλαη ε ζεξκνθξαζία ζηελ νπνία εκθαλίδνληαη νη πξψηνη παξαθηληθνί θξχζηαιινη, φηαλ ην θαχζηκν αξρίδεη θαη ςχρεηαη. ηελ ζπγθεθξηκέλε πεξίπησζε ηνλ ζεκείν λέθσζεο είλαη αξθεηά πςειφ θαη γηα απηφ ηνλ ιφγν ζα πξέπεη λα ρξεζηκνπνηνχληαη θάπνηα πξφζζεηα θαηά ηηο θξχεο πεξηφδνπο. Σν ζεκείν αλάθιεμεο (flash point) είλαη πνιχ ζεκαληηθφ θαηά ηελ απνζήθεπζή ηνπ θαπζίκνπ θαη ηελ κεηαθνξά ηνπ. Δίλαη εκθαλέο φηη ην ζεκείν αλάθιεμεο είλαη πνιχ θαιφ (πςειφ) γηα ην παξαγφκελν βηνληήδει. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

89 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ Οη ηξεηο ζεκαληηθφηεξνη παξάκεηξνη πνπ επεξεάδνπλ ηελ νηθνλνκία θαπζίκνπ, ηελ ξνπή θαη ηελ ηππνδχλακε ηνπ νρήκαηνο είλαη ν ηχπνο ηνπ θηλεηήξα, ε δπλαηφηεηα ηνπ θηλεηήξα λα κεηαηξέπεη ηελ ελέξγεηα ηνπ θαπζίκνπ ζε σθέιηκν έξγν θαη ηέινο ε ζεξκνγφλνο δχλακε ηνπ θαπζίκνπ. πσο θαίλεηαη ε θαηψηεξε ζεξκνγφλνο δχλακε είλαη αξθεηά ηθαλνπνηεηηθή αθνχ θηάλεη ηα 49 MJ/Kg. ζνλ αθνξά ην ημψδεο ηνπ βηνθαπζίκνπ θαη εδψ ην βηνληήδει δεχηεξεο γεληάο ηεξεί ηηο πξνδηαγξαθέο αθνχ παξνπζηάδεη ημψδεο 3,54 cst. Σν ημψδεο είλαη έλα κέγεζνο πνπ κεηξάεη ηελ αληίζηαζε πνπ παξνπζηάδεη ην ξεπζηφ ζηε ξνή. Δάλ ην θαχζηκν παξνπζηάδεη πνιχ πςειφ ημψδεο ηφηε δεκηνπξγνχληαη πξνβιήκαηα ζηηο αληιίεο θαπζίκνπ. Σεγαλέιαην Τδξ/ζκέλν Σειηθό πξνϊόλ ηεγαλέιαην Βηνληήδει Ππθλόηεηα gr/cm C wt% H wt% S wppm N wppm O wt% Πίλαθαο 5.3: Ηδηφηεηεο ηξνθνδνζίαο-πξντφλησλ Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

90 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Σεγαλέιαην Τδξ/ζκέλν Σεγαλέιαην Σειηθό πξνϊόλ Βηνληήδει % m/m o C o C o C 0% % % % % % % % % % % % % Πίλαθαο 5.4: Δχξνο ζεξκνθξαζηψλ ησλ ηξηψλ πξντφλησλ θαηά ηελ απφζηαμή ηνπο. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

91 ΚΔΦΑΛΑΗΟ 5: ΒΗΟΝΣΖΕΔΛ ΑΠΟ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΜΔΝΟ ΣΖΓΑΝΔΛΑΗΟ Ηδηόηεηεο Μνλάδεο Σηκή Ππθλφηεηα ζηνπο 15 C gr/ml Θείν mg/kg 23 Άδσην mg/kg (ppmwt) 1.37 Γείθηεο θεηαλίνπ εκείν αλάθιεμεο C 116 Νεξφ mg/kg 0 Ημψδεο 40 C cst 3.54 Οιηθή νμχηεηα (TAN) mg KOH/gr 0 Αληνρή ζηελ δηάβξσζε (3 hr in 50 C) 1b Υξφλνο νμείδσζεο ζηνπο 110 C Hr >22 Απφζηαμε ηνπ 90% ζε C C Καηψηεξε ζεξκνγφλνο δχλακε MJ/kg 49 εκείν απφθξαμεο ςπρξνχ θίιηξνπ (CFPP) C 2 εκείν ξνήο C 7 Πίλαθαο 5.5: Ηδηφηεηεο παξαγφκελνπ βηνληήδει Έλα κεγάιν κεηνλέθηεκα ηνπ παξαγφκελνπ βηνληήδει είλαη νη ηηκέο ηνπ ζεκείνπ απφθξαμεο ςπρξνχ θίιηξνπ θαη ηνπ ζεκείνπ ξνήο. Σν Δπξσπατθφ Πξφηππν ΔΝ 590 νξίδεη ειάρηζηεο ηηκέο γηα ην CFFP πνπ βαζίδεηαη ζηηο θιηκαηνινγηθέο ζπλζήθεο θαη ζηελ επνρηθφηεηα (θαινθαηξηλήο πνηφηεηαο θαχζηκν ή ρεηκεξηλήο). Δλψ ινηπφλ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ην θαινθαίξη γηαηί είλαη κέζα ζηα φξηα ησλ ζεξκνθξαζηψλ (ζεξηλφ φξην +5 νc) αληίζεηα δελ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ην ρεηκψλα. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013

92 ΠΣΤΥΗΑΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΣΜΖΜΑ ΣΔΥΝΟΛΟΓΗΑ ΠΔΣΡΔΛΑΗΟΤ ΚΑΗ ΦΤΗΚΟΤ ΑΔΡΗΟΤ Σα απνηειέζκαηα απηά είλαη ζε ζπκθσλία κε ηηο πξνεγνχκελεο παξαηεξήζεηο θαη κε ην πςειφ παξαθηληθφ πεξηερφκελν απηψλ ησλ θαπζίκσλ. Οη πξνβιεκαηηθέο ηδηφηεηεο ςπρξήο ξνήο είλαη ζπλήζσο ηη ηίκεκα γηα θαχζηκα κε πνιχ θαιή πνηφηεηα αλάθιεμεο ιφγσ ηεο πςειήο πεξηεθηηθφηεηάο ηνπο ζε θαλνληθνχο παξαθηληθνχο πδξνγνλάλζξαθεο. Δηθόλα 5.11: Σεγαλέιαην Δηθόλα 5.12: Τδξνγνλνεπεμεξγαζκέλν βηνληήδει δεχηεξεο γεληάο 5.8 ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ Ζ έξεπλα ζηνλ ηνκέα ησλ βηνθαπζίκσλ έρεη αλαπηπρζεί πάξα πνιχ ηα ηειεπηαία ρξφληα. Μπέηνο Παλαγηψηεο Έηνο: 2013