ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ «η ΧΡήση φυτικών ελαίων ως καύσιμα μηχανών φαίνεται ασήμαντη σήμερα. Όμως τέτοια έλαια μπορούν να γίνουν με την πάροδο του χρόνου τόσο σημαντικά όσο είναι σήμερα το πετρέλαιο και το κάρβουνο». Ρούντολφ Ντήζελ (1912) 1

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η ανάγκη για τη χρήση εναλλακτικών και ανανεώσιμων καυσίμων έναντι του πετρελαίου και των προϊόντων του έχει αρχίσει να παίζει έναν πολύ σημαντικό ρόλο στον ανεπτυγμένο κόσμο, τόσο για περιβαλλοντικούς όσο και για οικονομικούς και διαχειριστικούς λόγους. Η Ευρωπαϊκή Ένωση και ασφαλώς η Ελλάδα εξαρτώνται σημαντικά από μεγάλες εισαγωγές ορυκτών καυσίμων. Έτσι, σύμφωνα με το Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας, υπάρχει ανάγκη προώθησης όλων των εναλλακτικών καυσίμων στον τομέα των μεταφορών και όχι μόνο. Η Ευρωπαϊκή ένωση προτείνει ποσοστό συμμετοχής των βιοκαυσίμων στην αγορά καυσίμων μέχρι 20% έως το 2012. Ωστόσο, οι απόψεις στο θέμα των βιοκαυσίμων διίστανται, οι ανάγκες για τροφή συνέχεια θα αυξάνονται, μεγάλες δασικές εκτάσεις θα αντικατασταθούν για καλλιέργειες ενεργειακών φυτών με αποτέλεσμα την άνοδο των τιμών των προϊόντων. 2

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΣΕΛΙΔΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ...18 Α ΜΕΡΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΑΝΑΓΚΕΣ ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ ΚΑΙ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ 1.1 Θεσμική αναγνώριση των βιοκαυσιμων από ευρωπαϊκή ένωση και θεσμοθέτησή τους... 22 1.2 Ενεργειακή υποκατάσταση των καυσίμων από βιοκαύσιμα... 22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΚΑΙ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ 2.1 Βιομάζα... 29 2.2 Βιοντίζελ...32 2.2.1 Παραγωγική Διαδικασία... 32 2.3 Βιοαιθανόλη...34 2.4 Σύγχρονες Τεχνολογίες Παραγωγής Βιοκαυσίμων... 35 2.4.1 Τεχνολογίες παραγωγής βιοκαυσίμων δεύτερης γενιάς... 36 2.4.1.1 Συνθετικά βιοκαύσιμα... 37 2.4.1.2 Βιοαιθανόλη και Βιοαιθέρες-παραγωγή... 39 2.4.1.3 Βιοαέριο και Βιο-υδρογόνο-παραγωγή... 39 2.4.1.4 Βιοδιυλιστήριο... 40 3

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΣΕΛΙΔΑ 3.1 Καταγραφή υπάρχοντων υποδομών και δυναμικότητας παραγωγής βιοκαυσίμων στη χώρα μας... 43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ 4.1 Προέλευση και διαθεσιμότητα πρώτων υλών (βιομάζα)... 48 4.2 Παραγωγή βιοντίζελ 1ης γενιάς... 50 4.2.1 Ηλίανθος... 50 4.2.2 Βαμβάκι... 52 4.2.3 Αγριαγκινάρα...54 4.2.4 Ελεκράμβη... 57 4.2.5 Σόγια... 59 4.3 Παραγωγή Βιοαιθανόλης 1ης γενιάς... 60 4.3.1 Σιτάρι... 60 4.3.2 Κριθάρι... 63 4.3.3 Καλάμι... 64 4.3.4 Αραβόσιτος... 66 4.3.5 Ζαχαρότευτλα... 68 4.3.6 Γλυκό Σόργο... 70 4.4 Ενεργειακές καλλιέργειες υψηλής απόδοσης για παραγωγή Βιοκαυσίμων 2ης γενιάς... 72 4.4.1 Ευκάλυπτος... 73 4.4.2 Ψευδακακία...74 4.4.3 Μίσχανθος...75 4.4.4 Γλυκοπατάτα και Μανιόκα... 77 4.5 Άλλες Καλλιέργειες που παράγονται σε όλο τον κόσμο... 78 4.5.1 Αραχίδα... 78 4.5.2 Ατρακτυλίδα...79 4

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΣΕΛΙΔΑ 4.5.3 Καρύδα... 80 4.5.4 Κενάφ... 80 4.5.5 Κυτταρινούχο Σόργο... 81 4.5.6 Λινάρι...82 4.5.7 Πελλέτες... 83 4.5.8 Ρετσινολαδιά... 87 4.5.9 Σουσαμιά... 88 4.5.10 Τερμίτες... 89 4.5.11 Φιλιρίδα...89 4.5.12 Φοίνικας... 90 4.5.13 Φύκια... 91 4.5.14 Jatropha... 92 4.5.15 Switchgrass... 94 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ 5.1 Χαρακτηριστικά και κριτήρια επιλογής ενεργειακών καλλιεργειών... 96 5.2 Είδη ενεργειακών καλλιεργειών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην Ελλαδα... 92 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ 6.1 EΛΙΝ ΟΙΛ... 101 6.2 Μ ^ OIL HELLAS... 102 6.3 ΕΛΒΙ...104 6.4 AGROINVEST A.E.B.E... 105 5

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΤΑ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ ΣΕ ΞΕΝΕΣ ΧΩΡΕΣ ΣΕΛΙΔΑ...107 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΧΡΗΣΗΣ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ 8.1 Πλεονεκτήματα της χρήσης των βιοκαυσίμων... 109 8.1.1 Κέρδη και οφέλη για τους ενεργιοκαλλιεργητές... 110 8.1.2 Περιβαλλοντικά και οικονομικά οφέλη...111 8.2 Μειονεκτήματα της χρήσης των βιοκαυσίμων...115 8.3 Επιπτώσεις στην Ελλάδα... 119 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ 9.1 Φαινόμενο του Θερμοκηπίου... 121 9.2.Φυσικο φαινόμενο θερμοκηπίου-μηχανισμό...121 9.2.1 Αέρια Θερμοκηπίου... 122 9.2.2 Επίδραση ανθρωπογενούς δραστηριότητας... 123 9.2.3 Πως δημιουργείται το πρόβλημα με εικόνες... 124 9.3 Οι αλλαγές στο γήινο περιβάλλον βάση μοντέλων...126 8.3 Επιπτώσεις στην Ελλάδα...119 6

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Β ΜΕΡΟΣ ΣΕΛΙΔΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ...129 Ε.1 Γενικά... 129 Ε.2 Διαφορές μεταξύ καθαρού πετρελαίου και βιοντίζελ... 130 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΚΟΙΝΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΑ ΜΕΡΗ 1.1 Κινητήρες Ντίζελ - Βιοντίζελ... 134 1.2 Σύστημα τροφοδοσίας καυσίμου... 135 1.2.1 Σύστημα τροφοδοσίας καυσίμου Common - Rail...135 1.2.2 Υδραυλικό και μηχανικό σύστημα τροφοδοσίας καυσίμου... 141 1.2.3 Γενικες διαφορές ανάμεσα στους κινητήρες Diesel - Biodiesel...142 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΕΤΑΙΡΙΕΣ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ 2.1 CASE-NEW HOLLAND... 143 2.1.1 Απόδοση κινητήρα... 145 2.1.2 Συντήρηση...145 2.2 DEUTZ-FAHR...148 2.2.1 Απόδοση κινητήρα... 150 2.2.2 Συντήρηση...152 2.3 SISUDIESEL CITIUS... 153 2.4 ZETOR...156 2.4.1 Απόδοση κινητήρα... 157 2.4.2 Συντήρηση...158 2.5 JOHN DEERE... 159 7

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ 2.6 PERKINS... 161 2.7 CUMMINS... 164 ΣΕΛΙΔΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Σ.1 Συμπεράσματα για τα Βιοκαύσιμα... 166 Σ.2 Συμπεράσματα για τους Βιοκινητήρες... 169 Σ.3 Προτάσεις για το μέλλον των Βιοκαυσίμων...172 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...174 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ Α ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΘΕΣΜΙΚΗ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΤΩΝ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΑΠΟ ΕΥΡΩΠΑΙΚΗ ΕΝΩΣΗ ΚΑΙ ΘΕΣΜΟΘΕΤΗΣΗ ΤΟΥΣ Εικόνα 1.1: Βιοκαύσιμα και η χρήση τους... 23 Εικόνα 1.2: Μεταβολή της συνολικής απαιτούμενης ποσότητας σε βιοκαύσιμα ως προς την ελάχιστη (πλήρης κάλυψη των αναγκών με βιοντίζελ) συναρτήσει της αύξησης της συμμέτοχής της αιθανόλης στο ισοζύγιο βιοκαυσίμων... 27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΚΑΙ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ Εικόνα 2.1: Τύποι βιομάζας για παραγωγή βιοκαυσίμων...30 8

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΣΕΛΙΔΑ Εικόνα 2.2: Διαγραμματική απεικόνιση της παραγωγή βιοντήζελ... 32 Εικόνα 2.3: Διαδικασία μετεστεροποίησης για την παραγωγή βιοντήζελ... 33 Εικόνα 2.4: Διεργασία παραγωγής συνθετικών βιοκαυσιμων...38 Εικόνα 2.5: Βιοδιυλιστήριο ΕΛ.ΒΙ στο Κιλκίς... 41 Εικόνα 2.6: Βιοδιυλιστήριο: Μετατροπή βιομάζας σε καύσιμα, χημικά και ενέργεια μέσω βιοχημικής και θερμοχημικής μετατροπής...42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Εικόνα 3.1: Χωρική κατανομή των εταιρειών που έλαβαν αποφορολογημένες ποσότητες βιοντίζελ το 2006-7...47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ Εικόνα 4.1:καλλιεργια ηλίανθων και σπόρων...51 Εικόνα 4.2: Καλλιεργούμενες εκτάσεις και παραγόμενες ποσότητες ηλίανθου σε εθνικό επίπεδο...52 Εικόνα: 4.3: Καλλιεργούμενες εκτάσεις και παραγόμενες ποσότητες βαμβακιού σε εθνικό επίπεδο... 53 Εικόνα 4.4: Ανάπτυξη φυτού δύο μηνών...53 Εικόνα 4.5: Κατανομή καλλιέργειας βαμβακιού στην Ελλάδα... 54 Εικόνα 4.6:Κατανομή καλλιέργειας βαμβακιού στην Κεντρική Μακεδονία...54 9

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΣΕΛΙΔΑ Εικόνα 4.7: βιολογικός κύκλος αγριαγκινάρας...55 Εικόνες 4.8 και 4.9 :καλλιέργειες αγριαγκινάρας... 55 Εικόνα 4.10: Η ρίζα του φυτού μπορεί να ξεπεράσει τα 2 m, γι αυτό το λόγω το φυτό είναι ανθεκτικό στην ξηρασία... 56 Εικόνα 4.11:καλλιέργεια ελαιοκράμβης και οι σπόροι της...57 Εικονα4.12:καλλιέργεια,ελαιοκραμβης...58 Εικόνα 4.13: Ελαιοκράμβη πριν την επεξεργασία...58 Εικόνα 4.14: Στάδια καλλιέργεια Ελεοκράμβης... 59 Εικόνα 4.15: Λοβοί και σπόροι σόγιας...59 Εικόνα 4.16: καλλιέργεια σιταριού...61 Εικόνα 4.17: Καλλιεργούμενες εκτάσεις και παραγόμενες ποσότητες μαλακού σιταριού σε εθνικό επίπεδο... 61 Εικόνα 4.18: Καλλιεργούμενες εκτάσεις και παραγόμενες ποσότητες σκληρού σιταριού σε εθνικό επίπεδο... 62 Εικόνα 4.19: Κατανομή καλλιέργειας μαλακού σιταριού στην Ελλάδα...62 Εικόνα 4.20: Κατανομή καλλιέργειας μαλακού σιταριού στην Κεντρ. Μακεδονία...62 Εικόνα 4.21: Κατανομή καλλιέργειας σκληρού σιταριού στην Ελλάδα...62 Εικόνα 4.22: Κατανομή καλλιέργειας σκληρού σιταριού στην Κεντρική Μακεδονία...63 Εικόνα 4.23: Καλλιεργούμενες εκτάσεις και παραγόμενες ποσότητες κριθαριού σε εθνικό επίπεδο...64 10

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΣΕΛΙΔΑ Εικόνα 4.24: Κατανομή καλλιέργειας κριθαριού στην Ελλάδα...64 Εικόνα 4.25: Κατανομή καλλιέργειας κριθαριού στην Κεντρική Μακεδονία...64 Εικόνα 4.26: καλλιέργεια καλαμιού...65 Εικόνα 4.27: Καλλιεργούμενες εκτάσεις και παραγόμενες ποσότητες αραβόσιτου σε εθνικό επίπεδο... 66 Εικόνα 4.28: Βιολογικός κύκλος φυτού τριών μηνών... 67 Εικόνα 4.29: Κατανομή καλλιέργειας αραβόσιτου στην Ελλάδα...67 Εικόνα 4.30: Κατανομή καλλιέργειας αραβόσιτου στην Κεντρική Μακεδονία...68 Εικόνα 4.31: Βιολογικός κύκλος πέντε μηνών, συγκομιδή παραγωγής... 68 Εικόνα 4.32: Καλλιεργούμενες εκτάσεις και παραγόμενες ποσότητες ζαχαρότευτλων σε εθνικό επίπεδο...69 Εικόνα 4.33: Κατανομή καλλιέργειας ζαχαρότευτλων στην Ελλάδα... 70 Εικόνα 4.34: Κατανομή καλλιέργειας ζαχαρότευτλων στην Κεντρική Μακεδονία... 70 Εικόνα 4.35 :Στάδια ανάπτυξης του σόργου... 71 Εικόνα 4.36: Καλλιεργούμενες εκτάσεις σε εθνικό επίπεδο...72 Εικόνα 4.37: Παραγόμενες ποσότητες σε εθνικό επίπεδο... 73 Εικόνα 4.38: δέντρα ευκαλύπτου...73 Εικόνα 4.39:φυτό ψευδακακία... 75 Εικόνα 4.40: καλλιέργεια μίσχανθου... 76 Εικόνα 4.41: γλυκοπατάτα...77 Εικόνα 4.42: Καλλιέργεια αραχίδας, καρποί και σπόροι...78 11

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΣΕΛΙΔΑ Εικόνα 4.43: Φυτά, άνθη και σπόροι ατρακτυλίδας...79 Εικόνα 4.44: Δένδρα καρύδας και συγκομιδή καρπών...80 Εικόνα 4.45: Φυτά και άνθη λιναριού... 82 Εικόνα 4.46: Πλήρες διάγραμμα των pellets (πρώτη ύλη - παραγωγή pellets - διανομή - καυστήρας με αποθήκη)...83 Εικόνα 4.47: Μονάδες παραγωγής πελλέτας (βιομηχανίες)... 84 Εικόνα 4.48: Διαδικασία παραγωγής pellets (γραμμή παραγωγής)... 84 Εικόνα 4.49:πελλέτες... 85 Εικόνα 4.50: Τηλεθέρμανση με pellets στη Σουηδία...86 Εικόνα 4.51: Σχήμα ολοκληρωμένης παραγωγής (Ηλεκτροπαραγωγή-Τηλεθέρμανση-Παραγωγή pellets με μοναδική πρώτη ύλη τη βιομάζα)... 86 Εικόνα 4.52: Φυτά, ταξιανθίες και σπόροι ρετσινολαδιάς...87 Εικόνα 4.53: Σπόροι και άνθη σουσαμιάς... 88 Εικόνα 4.54: Δένδρα και καρποί του φοίνικα... 90 Εικόνα 4.55: φύκια...91 Εικόνα 4.56: Jatropha, ένα αμφιλεγόμενο φυτό για παραγωγή βιοντήζελ...93 Εικόνα 4.57: φυτό jatropha... 94 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ Εικόνα 5.1: Κύριες ενεργειακές καλλιέργειες, διεργασίες μετατροπής και βιοκαύσιμα... 99 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Εικόνα 6.1:Εικόνες από το εργοστάσιο στο Βόλο... 101 Εικόνα 6.2: φωτογραφίες από το εργοστάσιο το 1974 και το 2000... 103 12

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΣΕΛΙΔΑ Εικόνα 6.3: φωτογραφίες του εργοστασίου...103 Εικόνα 6.4: φωτογραφίες εργοστασίου ΕΛΒΙ...105 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ Εικόνα 9.1:διάγραμμα θερμοκρασίας-χρόνου...123 Εικόνα 9.2:Φάση Α... 125 Εικόνα 9.3:Φάση Β... 125 Εικόνα 9.4:Φάση Γ... 126 Β ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΚΟΙΝΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΑ ΜΕΡΗ Εικόνα 1.1: σύστημα τροφοδοσίας καυσίμου...136 Εικόνα 1.2: διακλαδώσεις υψηλής πίεσης (Common Rail)... 137 Εικόνα 1.3: τυπικό διάγραμμα συστήματος... 138 Εικόνα 1.4: Αισθητήρα πίεσης καυσίμου... 140 Εικόνα 1.5 κίνηση κατάθλιψης καυσίμου... 140 Εικόνα 1.6: Τομή μπεκ ψεκασμού...141 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΕΤΑΙΡΙΕΣ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Εικόνα 2.1: Γεωργικός ελκυστήρας CASE... 143 Εικόνα 2.2: Γεωργικός ελκυστήρας NEW HOLLAND... 143 Εικόνα 2.3: Common Rail... 144 Εικόνα 2.4: Common Rail... 145 Εικόνα 2.5: Αντλία καυσίμου...145 Εικόνα 2.6: Φίλτρο καυσίμου και λαδιού...147 Εικόνα 2.7: Φίλτρο καυσίμου... 147 Εικόνα 2.8: Φίλτρο καυσίμου case... 147 Εικόνα 2.9: Φίλτρο λαδιού case... 147 13

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΣΕΛΙΔΑ Εικόνα 2.10: Κοινά Φίλτρο αέρος...147 Εικόνα 2.11: Γεωργικός ελκυστήρας Deutz - Fahr...148 Εικόνα 2.12: Γεωργικός ελκυστήρας FENDT... 149 Εικόνα 2.13: Γεωργικός ελκυστήρας LAMBORGHINI... 149 Εικόνα 2.14: Γεωργικός ελκυστήρας HURLIMANN... 150 Εικόνα 2.15: Γεωργικός ελκυστήρας SAME... 150 Εικόνα 2.16: Κινητήρας Deutz - Fahr... 151 Εικόνα 2.17: Common Rail Deutz - Fahr...151 Εικόνα 2.18: Αντλία καυσίμου...151 Εικόνα 2.19: Φίλτρο λαδιού... 153 Εικόνα 2.20: Φίλτρο καυσίμου...153 Εικόνα 2.21: Γεωργικός ελκυστήρας Valtra... 154 Εικόνα 2.22: Γεωργικός ελκυστήρας Massey Ferguson...154 Εικόνα 2.23: Κινητήρες Sisudiesel Citius...155 Εικόνα 2.24: Common Rail... 155 Εικόνα 2.25: Αντλία καυσίμου...155 Εικόνα 2.26: Φίλτρο λαδιού... 155 Εικόνα 2.27: Φίλτρο καυσίμου... 155 Εικόνα 2.28: Γεωργικός ελκυστήρας Zetor... 156 Εικόνα 2.29: Κινητήρας zetor...157 Εικόνα 2.30: Αντλία καυσίμου...157 Εικόνα 2.31: φίλτρο καυσίμου... 158 Εικόνα 2.32: φίλτρο λαδιού... 158 Εικόνα 2.33: γεωργικός ελκυστήρας John Deere...159 Εικόνα 2.34: Κινητήρας John Deere...160 Εικόνα 2.35: Common Rail... 160 Εικόνα 2.36: Αντλία καυσίμου...160 Εικόνα 2.37: Φίλτρο καυσίμου...160 Εικόνα 2.38: Φίλτρο λαδιού...160 Εικόνα 2.39: Γεωργικός ελκυστήρας McCORMICK... 161 Εικόνα 2.40: Γεωργικός ελκυστήρας LANDINI...162 Εικόνα 2.41: Γεωργικός ελκυστήρας MASSEY FERGUSON... 163 14

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΣΕΛΙΔΑ Εικόνα 2.42: Κινητήρες Perkins...163 Εικόνα 2.43: Αντλία καυσίμου... 163 Εικόνα 2.44: Σύστημα Common Rail... 163 Εικόνα 2.45: Φίλτρο καυσίμου... 163 Εικόνα 2.46: Φίλτρο λαδιού...163 Εικόνα 2.47: Γεωργικός ελκυστήρας McCORMICK... 164 Εικόνα 2.48: Γεωργικός ελκυστήρας JCB... 164 Εικόνα 2.49: Κινητήρες Cummins...165 Εικόνα 2.50: Common Rail Cummins...165 Εικόνα 2.51: Αντλία καυσίμου... 165 Εικόνα 2.52: Φίλτρο καυσίμου...165 Εικόνα 2.53: Φίλτρο λαδιού... 165 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Εικόνα Σ1: ραβδόγραμμα κόστους παραγωγής μετά το 2010... 169 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΩΝ Α ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΘΕΣΜΙΚΗ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΤΩΝ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΑΠΟ ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ ΕΝΩΣΗ ΚΑΙ ΘΕΣΜΟΘΕΤΗΣΗ ΤΟΥΣ Πίνακας 1.1: Εξέλιξη ενεργειακής κατανάλωσης για μεταφορές ανά είδος καυσίμου στην Ελλάδα...24 Πίνακας 1.2: Κατανάλωση καυσίμου το 2010 και απαιτούμενες ποσότητες βιοκαυσίμων... 24 Πίνακας 1.3: Σύγκριση βασικών φυσικών ιδιοτήτων... 26 15

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΣΕΛΙΔΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΚΑΙ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ Πίνακας 2.1: Βιοκαύσιμα δεύτερης γενιάς... 37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ Πίνακας 3.1: Εταιρίες παραγωγής βιοντίζελ που έλαβαν δικαιώματα πώλησης το 2007... 44 Πίνακας 3.2: μηνιαίες ποσότητες αυτούσιου βιοντιζελ... 46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ Πίνακας 4.1: περιεκτικότητα σε λάδι... 95 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ Πίνακας 5.1: Στρεμματικές αποδόσεις φυτών στην Ελλάδα για παραγωγή υγρών βιοκαυσίμων, σε πρώτη ύλη και καύσιμο... 100 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΧΡΗΣΗΣ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ Πίνακας 8.1: Εκπομπές CO2, αρνητικές και θετικές επιπτώσεις επιλεγμένων βιοκαυσίμων...113 16

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 ΣΕΛΙΔΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ Πίνακας 9.1:επίπεδα αύξησης αερίων... 124 Β ΜΕΡΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Πίνακας Ε.1:χαρακτηριστικά βιοντίζελ κίνησης...133 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΕΤΑΙΡΙΕΣ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Πίνακας 2.1 : Διάστημα συντήρησης- Ώρες...146 Πίνακας 2.2: Διάστημα συντήρησης- Ώρες... 153 Πίνακας 2.3: Διαφορές πετρελαίου-βιοντιζελ... 157 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Πίνακας Σ1 :εκπομπές % για Β100 και Β20 σε σύγκριση με του συμβατικού... 170 17

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η εργασία αυτή πραγματεύεται τη χρήση βιοκαυσίμων ανά τον κόσμο και ειδικότερα δίνει βάρος στις ενεργειακές καλλιέργειες και στην παραγωγή και χρήση βιοκαυσίμων στην Ελλάδα. Χωρίζεται σε δυο μέρη: το πρώτο μέρος αναπτύσσεται σε εννιά κεφαλαία. Κάνουμε λόγο για τη θεσμική αναγνώριση των βιοκαυσίμων από την Ευρωπαϊκή ένωση και τη νομική θεσμοθέτηση τους. Στο επόμενο κεφαλαίο περιγράφονται η παραγωγή βιομάζας και βιοντίζελ, οι σύγχρονες τεχνολογίες παραγωγής βιοκαυσίμων, τα είδη των βιοκαυσίμων (συνθετικά βιοκαύσιμα, βιομεθάνιο, βιοαιθανόλη κ.α.) και γίνεται λόγος για τα βιοδιυλιστήρια που τα επεξεργάζονται στην Ελλάδα. Συνεχίζοντας αναλύουμε την παραγωγή βιοκαυσίμων στην Ελλάδα και πιο συγκεκριμένα γίνεται καταγραφή των υποδομών και της δυναμικότητας παραγωγής βιοκαυσίμων στη χώρα μας, ενώ μετά περιγράφουμε τις ενεργειακές καλλιέργειες (βαμβάκι, αραβόσιτο, τεύτλα, ελαιοκράμβη, αγριαγκινάρα κ.α.). Διακρίνουμε τις κατηγορίες και τα χαρακτηριστικά των ενεργειακών καλλιεργειών και αναφερόμαστε στις βιομηχανίες βιοκαυσίμων στην Ελλάδα (ΕΛΙΝ, ΕΛ.ΒΙ.,MILL OIL κ.α.). Το θέμα του επομένου κεφαλαίου είναι τα βιοκαύσιμα σε ξένες χώρες (χρησιμότητα, μελλοντική εξέλιξη, αναγκαιότητα κ.α.), ενώ παρακάτω απαριθμούνται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της χρήσης βιοκαυσίμων. Στο τέλος του πρώτου μέρους γίνεται λόγος για την επίδραση της χρήσης βιοκαυσίμων στο περιβάλλον και στη χρησιμότητά τους για την καταπολέμηση του «Φαινόμενου του Θερμοκηπίου». Στο δεύτερο μέρος της εργασίας αναπτύσσεται το θέμα των βιοκινητήρων. Αρχικά περιγράφουμε τα κοινά λειτουργικά μέρη των κινητήρων με χρήση ντίζελ και κινητήρων με χρήση βιοντίζελ καθώς και τις διαφορές μεταξύ τους, ενώ στη συνέχεια δίνονται σημαντικές πληροφορίες για τις εταιρείες κατασκευές κινητήρων (SISUDIESEL, CUMMINS, PERKINS κ.α.). Η εργασία ολοκληρώνεται με την αναλυτική καταγραφή γενικών συμπερασμάτων για τα βιοκαύσιμα και τους βιοκινητήρες βάσει των κειμένων που προηγήθηκαν και παρουσιάζονται προτάσεις για το μέλλον τους. 18

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΜΕΡΟΣ Α ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ 19

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Βιοκαύσιμα ονομάζονται τα καύσιμα εκείνα, στερεά, υγρά ή αέρια τα οποία προέρχονται από τη βιομάζα, το βιοδιασπόμενο δηλαδή κλάσμα προϊόντων ή αποβλήτων διαφόρων ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Είναι ένας από τους υποψήφιους παράγοντες για την παραγωγή οικολογικών καυσίμων. Ιστορικά, τα πρώτα καύσιμα που χρησιμοποιήθηκαν από τον άνθρωπο, ανήκαν στην κατηγορία των βιοκαυσίμων. Έτσι το ξύλο, το λίπος, τα φυτικά λάδια αλλά και τα αποστάγματα, ώντας οργανικής προέλευσης, εμπίπτουν στην κατηγορία των βιοκαυσίμων. Η μεγάλη ανάγκη σε φθηνά καύσιμα μεγάλου ενεργειακού περιεχομένου μετά τη βιομηχανική επανάσταση, η οποία συνεχίζει αυξανόμενη έως σήμερα, ενίσχυσε σημαντικά τη χρήση ορυκτών καυσίμων, άνθρακα αρχικά και πετρελαϊκών παραγώγων αργότερα, σε βάρος των παραδοσιακών βιοκαυσίμων. Τα προβλήματα θέρμανσης του πλανήτη, τα οποία σχετίζονται άμεσα με το περιεχόμενο των καυσίμων σε άνθρακα και το εκπεμπόμενο κατά την καύση διοξείδιο του άνθρακα (CO2) έχουν δημιουργήσει κατά τα τελευταία χρόνια ένα κλίμα στροφής προς τα βιοκαύσιμα, τα οποία καλούνται να υποκαταστήσουν σταδιακά τα συμβατικά καύσιμα. Ως ανανεώσιμα καύσιμα έχουν το χαρακτηριστικό των χαμηλότερων εκπομπών CO2 στο συνολικό κύκλο ζωής τους, σε σχέση με τα συμβατικά ορυκτά καύσιμα, στοιχείο που εξαρτάται άμεσα από την προέλευση τους, τη χρήση τους αλλά και τον τρόπο παραγωγής και διανομής τους. Κατά την καύση τους τα καύσιμα αυτά εκπέμπουν περίπου ίσες ποσότητες CO2 με τα αντίστοιχα πετρελαϊκής προέλευσης. Επειδή όμως είναι οργανικής προέλευσης, ο άνθρακας, τον οποίο περιέχουν, έχει δεσμευτεί κατά την ανάπτυξη της οργανικής ύλης από την ατμόσφαιρα, στην οποία επανέρχεται μετά την καύση κι έτσι το ισοζύγιο εκπομπών σε όλο τον κύκλο ζωής του βιοκαυσίμου είναι θεωρητικά μηδενικό. Στην πράξη, επειδή κατά την παραγωγή και διακίνηση της πρώτης ύλης αλλά και των ίδιων των καυσίμων υπεισέρχονται και άλλες δραστηριότητες, κατά τις οποίες παράγονται εκπομπές CO2, το τελικό όφελος από τα καύσιμα αυτά μπορεί να είναι από πολύ μεγάλο έως μηδαμινό. Για να αποφανθεί κανείς με ακρίβεια για τα 20

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ περιβαλλοντικά οφέλη κάποιου βιοκαυσίμου πρέπει να πραγματοποιήσει εξειδικευμένη ανάλυση κύκλου ζωής. Τα πλέον διαδεδομένα βιοκαύσιμα είναι : 1. Τα υπολείμματα γεωργικών καλλιεργειών και δασικών προϊόντων, η βιομάζα 2. Η βιοαιθανόλη, αλκοόλη που παράγεται από φυτά σακχαρούχα, κυτταρινούχα και αμυλούχα με αλκοολική ζύμωση, όπως από ζαχαρότευτλα, ζαχαροκάλαμπο, σιτηρά, καλαμπόκι και σακχαρούχο σοργό, ακόμα και από κρασί. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ανάμιξη με τη βενζίνη στους υπάρχοντες βενζινοκινητήρες μετά από ελάχιστες ή και καθόλου μετατροπές ανάλογα με την περιεκτικότητα του μίγματος. 3. Το βιοαέριο (μεθάνιο) που παράγεται από την αποσύνθεση οργανικών αποβλήτων. 4. Το βιοντίζελ, παράγεται από φυτικά έλαια και ζωικά λίπη με μία διαδικασία που ονομάζεται μετεστεροποίηση. Αυτά προέρχονται κυρίως από κραμβέλαιο, ηλιέλαιο, σογιέλαιο, βαμβακέλαιο και φοινικέλαιο. Επίσης, μπορεί να παραχθεί και από χρησιμοποιημένα τηγανέλαια από εστιατόρια και από ζωικά λίπη από σφαγεία κτλ, τα οποία όμως δίνουν κατώτερη ποιότητα καυσίμου. Μπορεί να 21

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ χρησιμοποιηθεί στους υπάρχοντες πετρελαιοκινητήρες είτε αυτούσιο είτε σε ανάμιξη με το πετρέλαιο κίνησης. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΑΝΑΓΚΕΣ ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ ΚΑΙ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΝΟΜΟΘΕΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ 1.1 Θεσμική αναγνώριση των βιοκαυσιμων από ευρωπαϊκή ένωση και θεσμοθέτησή τους. Η Ευρωπαϊκή Ένωση (ΕΕ), μέσω της κοινοτικής οδηγίας 2003/30/ΕΚ αναγνώρισε θεσμικά τα βιοκαύσιμα και το σημαντικό ρόλο που αυτά θα διαδραματίσουν στο άμεσο μέλλον στην Ευρώπη, θέτοντας το απαραίτητο νομικό πλαίσιο για την πώληση και χρήση τους εντός της ΕΕ. Παράλληλα τέθηκαν ενδεικτικοί στόχοι υποκατάστασης των συμβατικών καυσίμων με βιοκαύσιμα για όλα τα κράτη μέλη. Η Οδηγία προέβλεπε ότι, ως το τέλος του 2005, η συμμετοχή των βιοκαυσίμων στο εθνικό σύνολο των καυσίμων, που χρησιμοποιούνται για τις μεταφορές θα έπρεπε να ανέρχεται στο 2%. Το ποσοστό αυτό υπολογίζεται επί του συνολικού ενεργειακού περιεχομένου του ντίζελ και της βενζίνης που χρησιμοποιούνται για τις μεταφορές, ενώ ο αντίστοιχος στόχος για το έτος 2010 ορίστηκε στο 5.75%. Τέλος, η ΕΕ έχει θέσει σαν στόχο για το 2020 το 10% και επεξεργάζεται τη σχετική νομοθεσία. Παρά το ιδιαίτερο βάρος που δόθηκε στα βιοκαύσιμα από πλευράς Ευρωπαϊκής Επιτροπής, όπως έχει συμβεί και σε άλλους τεχνολογικούς τομείς, η Ελληνική πραγματικότητα αποδείχθηκε εξαιρετικά δυσκίνητη στο θέμα των βιοκαυσίμων. Η υιοθέτηση μέτρων ένταξης των βιοκαυσίμων στην Ελληνική οικονομία καθυστέρησε σημαντικά και η ενσωμάτωση της οδηγίας 2003/30/ΕΚ στην Ελληνική νομοθεσία πραγματοποιήθηκε το έτος 2005. 22

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Εικόνα 1.1: Βιοκαυσιμα και η χρήση τους bioenergynews.blogspot.com Σήμερα η υποστήριξη για τα βιοκαύσιμα ή άλλα καύσιμα ΑΠΕ(ανανεώσιμες πηγές ενέργειας) για τις μεταφορές έχει μεταφερθεί στην ελληνική νομοθεσία και μέχρι το έτος 2007 χορηγούνταν πλήρης φορολογική απαλλαγή για τη χρήση του βιοντίζελ, προκειμένου να ενθαρρυνθεί η ανάπτυξη του τομέα. Λόγω της καθυστερημένης προσαρμογής, ο στόχος του 2 % διείσδυσης στην εθνική αγορά για το 2005 δεν επιτεύχθηκε παρά το γεγονός ότι στην Ελλάδα μπορεί να αναπτυχθεί αξιόλογο δυναμικό παραγωγής βιοκαυσίμων. Η ΕΕ έχει κινήσει διαδικασίες παράβασης κατά της Ελλάδας σχετικά με αυτήν την αποτυχία. Η Ελλάδα έχει επίσης υιοθετήσει το στόχο της Οδηγίας για το έτος 2010, δηλαδή το 5.75% των ενεργειακών αναγκών σε καύσιμα να καλύπτεται με καύσιμα από ΑΠΕ. Οι μέχρι σήμερα ενδείξεις συνηγορούν στην αποτυχία επίτευξης και του στόχου αυτού, όπως θα παρουσιαστεί στη συνέχεια. Σύμφωνα με στοιχεία του 2008, για την κάλυψη του 2% των καυσίμων των οδικών μεταφορών το 2005 θα απαιτούνταν σχεδόν 144ktons βιοκαυσίμων, τη στιγμή που οι διαθέσιμες ποσότητες το 2007 παρέμειναν αρκετά χαμηλότερες. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι οι φορολογικές 23

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ απαλλαγές για το βιοντίζελ (δεν υπάρχει πρόβλεψη για τη βιοαιθανόλη), που ο δόθηκαν από το υπουργείο ήταν: 51.000 κυβικά μέτρα (m3) για το 2005, 91.000 m3 για το 2006 και 114.000 m3 για το 2007 (45, 80, 100ktons αντίστοιχα). Υποκατάστατα της βενζίνης δεν αποφορολογήθηκαν. Σύμφωνα με το υπουργείο ανάπτυξης η διείσδυση των βιοκαυσίμων το έτος 2007 ανήλθε μόλις στο 1,4%, αρκετά χαμηλότερα του στόχου του έτους 2010. Επίσης, κρίνοντας από το ρυθμό αύξησης της παραγωγής αμφίβολος παραμένει και ο στόχος του 5,75% έως το τέλος του 2010. Είδος καυσίμου/ Έτος 1992 2004 2010 Βενζίνη (ktoe) 2532 3814 4390 Ντίζελ κίνησης (ktoe) 1557 2036 2304 Ελλάδα Πίνακας 1.1: Εξέλιξη ενεργειακής κατανάλωσης για μεταφορές ανά είδος καυσίμου στην Οι 383ktoe βιοκαυσίμων που αντιπροσωπεύουν το 5.75% της εγχώριας κατανάλωσης του έτους 2010 αντιστοιχούν σε 558ktons βιοκαυσίμων όπως φαίνεται στον πίνακα 1.2. Μετά το 2010, και με την προϋπόθεση της αύξησης του ποσοστού ανάμιξης βιοκαυσίμων στα καύσιμα στο 10%, οι ανάγκες αυτές προβλέπεται να διπλασιασθούν. Καύσιμο Κατανάλωση Αναγκαία Αναγκαία 2010 (ktons) υποκατάστατα υποκατάστατα (ktons (ktons) βιοκαυσίμου) Βενζίνη 4390 252 410 Ντίζελ 2289 131 148 Σύνολο 6679 384 558 Πίνακας 1.2: Κατανάλωση καυσίμου το 2010και απαιτούμενες ποσότητες βιοκαυσίμων 24

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ 1.2 Ενεργειακή υποκατάσταση των καυσίμων από βιοκαύσιμα Σε ότι αφορά την υποκατάσταση των καυσίμων με βιοκαύσιμα ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στα δεδομένα που προκύπτουν λόγω της διαφοράς των φυσικών ιδιοτήτων μεταξύ βιοκαυσίμων και συμβατικών καυσίμων. Γενικά τα βιοκαύσιμα, λόγω της παρουσίας οξυγόνου αλλά και της διαφορετικής αναλογίας ατόμων υδρογόνου προς τα άτομα άνθρακα στο μόριό τους έχουν χαμηλότερες θερμογόνες δυνάμεις από τα συμβατικά. Ιδιαίτερα τα υποκατάστατα βενζίνης έχουν σημαντικά μικρότερο ενεργειακό περιεχόμενο, πράγμα που σημαίνει ότι για να καλυφθεί το ίδιο ποσοστό της ενέργειας τον καυσίμων των μεταφορών αποκλειστικά από βιοαιθανόλη ή ΕΤΒΕ χρειάζονται μεγαλύτερες ποσότητες βιοκαυσίμου, απ' ότι αν καλύπτονταν αποκλειστικά από βιοντίζελ. Όπως παρουσιάζεται παρακάτω (πίνακας 1.3), αν η υποκατάσταση των συμβατικών καυσίμων με βιοκαύσιμα πραγματοποιηθεί με βιοαιθανόλη για το 5,75% του ενεργειακού περιεχομένου της βενζίνης και με βιοντίζελ για το πετρέλαιο κίνησης τα τελικά μίγματα θα περιέχουν 8,9% κατ όγκο βιοαιθανόλη και 6,1% βιοντίζελ αντίστοιχα (9,3% και 6,5% κατά βάρος). Επίσης, λόγω της διαφοράς στη θερμογόνο δύναμη, τα τελικά μίγματα βενζίνης αιθάλης θα έχουν 3,1% και 0,4% μικρότερο ενεργειακό περιεχόμενο στο λίτρο (-3,6% και -0,7% στο κιλό). Αν αντί για βιοαιθανόλη προσθέσουμε ETBE, (ανανεώσιμο καύσιμο), όπου ως βιοκαύσιμο θεωρείται το 47% της μάζας του, τα αντίστοιχα ποσοστά αντικατάστασης είναι 15% κατ όγκο και 14,9% κατά βάρος ενώ η μείωση του ενεργειακού περιεχομένου του μίγματος σε σχέση με τη βενζίνη είναι 2,7%. Βενζίνη Αιθανόλη ΕΤΒΕ1 Ντίζελ Βιοντίζελ Κατώτερη Θερμογόνος Δύναμη (kj/l) 32795 21237 26820 35659 33344 Κατώτερη Θερμογόνος Δύναμη (kj/kg) 43727 26917 36000 42705 37891 Πυκνότητα (kg/l) 0,75 0,79 0,75 0,84 0,88 25

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Ποσοστό μάζας βιοκαυσίμου που αντιστοιχεί σε 1kg μίγματος προδιαγραφών 5,75% Ποσοστό μάζας βιοκαυσίμου που αντιστοιχεί σε 11 μίγματος προδιαγραφών 5,75% Μεταβολή στο ενεργειακό περιεχόμενο του μίγματος σε σχέση με το συμβατικό καύσιμο από την αντικατάσταση 5,75% του ενεργειακού περιεχομένου Μεταβολή στο ενεργειακό περιεχόμενο του μίγματος σε σχέση με το συμβατικό καύσιμο από την αντικατάσταση 5,75% του ενεργειακού περιεχομένου 5,75% 9,30% 14,90% 5,75% 6,50% 5,75% 8,90% 15,00% 6,10% -3,60% -2,60% -0,70% -3,10% -2,70% -0,40% Πίνακας 1.3: Σύγκριση βασικών φυσικών ιδιοτήτων Ο ΕΤΒΕ θεωρείται ανανεώσιμο καύσιμο σε ποσοστο 47% καθότι κατα την παραγωγική διαδικασία η παρασκευή ΕΤΒΕ απαιτεί 53% κ.β. ισοβουτυλένιο (που θεωρείται συμβατικός υδρογονάνθρακας και παράγεται σε διυλιστήρια από κλασσικές διεργασίες) ενώ το υπόλοιπο 47% κ.β. είναι το συστατικό της αιθανόλης, που αν προέρχεται από βιομηχανικές μεθόδους υδρόλυσης κυτταρινών και ζύμωσης των ζακχάρων που προκύπτουν θεωρείται ως ανανεώσιμο καύσιμο. 26

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Στο σημείο αυτό πρέπει να τονιστεί, ότι η κοινοτική νομοθεσία αναφέρεται στην αντικατάσταση του 5,75% του συνολικού ενεργειακού περιεχομένου των καυσίμων, χωρίς όμως να προδιαγράφει πως και με ποια υποκατάστατα θα γίνει η αντικατάσταση αυτή. Έτσι κάθε κράτος μέλος μπορεί να επιλέξει αν θα στραφεί σε υποκατάστατα του πετρελαίου κίνησης ή της βενζίνης σε ίσα ποσοστά ή αν θα χρησιμοποιήσει αυξημένα υποκατάστατα του ενός καυσίμου έναντι του άλλου για παράδειγμα υψηλότερες συγκεντρώσεις βιοντίζελ στο ντίζελ απ ότι αιθανόλης στη βενζίνη ώστε να καλυφθούν οι απαιτήσεις. Η ευελιξία αυτή, που παρέχει το νομοθετικό πλαίσιο, είναι ιδιαίτερα σημαντική, διότι επιτρέπει σε κάθε κράτος μέλος να εφαρμόσει την πολιτική του ανάλογα με τα χαρακτηριστικά και τις απαιτήσεις της οικονομίας του. Η χρήση μιας πολιτικής διαφορετικών ποσοστών υποκατάστασης μεταβάλλει και τις συνολικές ανάγκες σε βιοκαύσιμα, εξαιτίας των διαφορετικών φυσικών χαρακτηριστικών, που έχει το καθένα. Ενδεικτικό είναι το διάγραμμα της εικόνας 1.2, στο οποίο παρουσιάζεται η ποσοστιαία αύξηση στις συνολικές ανάγκες σε βιοκαύσιμα, σε μάζα και όγκο με την εισαγωγή της βιοαιθανόλης στο ισοζύγιο των βιοκαυσίμων. - 160% > - 150% - 140% - 130% - 120% - 110% - 100% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Ποσοστό των συνολικών αναγκών σε βιοκαύσιμα που καλύπτεται από βιοντίζελ (%) ο 1= Εικόνα 1.2: Μεταβολή της συνολικής απαιτούμενης ποσότητας σε βιοκαύσιμα ως προς την ελάχιστη (πλήρης κάλυψη των αναγκών με βιοντίζελ) συναρτήσει της αύξησης της συμμέτοχής της αιθανόλης στο ισοζύγιο βιοκαυσίμων. Η μαύρη γραμμή συμβολίζει την αναλογία βιοντίζελ για κάλυψη του 5,75% της ενέργειας της βενζίνης με αιθανόλη και του ντίζελ με βιοντίζελ. 27

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Έτσι αν η ενέργεια που πρέπει να υποκατασταθεί καλυφθεί αποκλειστικά με βιοντίζελ, έχουμε την ελάχιστη ποσότητα σε βιοκαύσιμα (=100%), ενώ, όσο αυξάνει η συμμετοχή της βενζίνης, αυξάνει και η συνολικά απαιτούμενη ποσότητα. Η πλήρης κάλυψη των αναγκών με βιοαιθανόλη θα ισοδυναμούσε με 40% περισσότερη μάζα βιοκαυσίμων και 57% περισσότερο όγκο. Έτσι, το 2010, αν όλη η απαιτούμενη ποσότητα σε βιοκαύσιμα καλυπτόταν από βιοαιθανόλη, θα χρειαζόταν 618ktons βιοαιθανόλης (825 χιλιάδες κυβικά μέτρα), οδηγώντας σε συγκέντρωση περίπου 13% κατ όγκο στα καύσιμα. Αν υποθέσουμε, ότι λόγω αδυναμίας υποκατάστασης βενζίνης με βιοαιθανόλη ο εθνικός στόχος θα υλοποιηθεί μόνο με την υποκατάσταση του ντίζελ με βιοντίζελ, τότε με όμοιους υπολογισμούς προκύπτει η ανάγκη επιπλέον παραγωγής επιπλέον 290ktons βιοντίζελ και η συνολική απαιτούμενη ποσότητα βιοντίζελ που πρέπει να παραχθεί ανέρχεται στους 439ktons. Σε μια τέτοια περίπτωση το ποσοστό του βιοντίζελ στο ντίζελ κίνησης θα ανέλθει στο 18% v/v. Κλείνοντας την παράγραφο αυτή θα πρέπει να σχολιαστεί, ότι, βάσει της ισχύουσας κοινοτικής νομοθεσίας, τα βιοκαύσιμα υποκατάστατα του ντίζελ δεν περιορίζονται μόνο στους μεθυλεστέρες των λιπαρών οξέων (βιοντίζελ). Η καθιέρωση του βιοντίζελ ως κύριου βιοκαυσίμου στην Ευρωπαϊκή αγορά στηρίχθηκε στις συναφείς φυσικές ιδιότητες του με το πετρέλαιο κίνησης, στη δυνατότητα βιομηχανικής παραγωγής του από ποικίλες πρώτες ύλες και στο χαμηλό σχετικά κόστος. Παρόλα αυτά, η λύση του βιοντίζελ δεν είναι η μόνη η οποία μπορεί να εξεταστεί, σε ότι αφορά την ελληνική αγορά βιοκαυσίμων και σίγουρα δεν θα πρέπει να αντιμετωπίζεται σαν αποκλειστική. Στην ευρωπαϊκή οδηγία 2006/30/ΕΕ αναφέρεται ότι τα φυτικά έλαια καθώς και τα μίγματα τους, εφόσον δεν είναι χημικά τροποποιημένα, είναι συμβατά με τον οικείο κινητήρα και δεν επιδρούν αρνητικά στις εκπομπές αερίων ρύπων του οχήματος, θεωρούνται βιοκαύσιμα. Είναι λοιπόν σαφές πως ένα φυτικό λάδι ή το μίγμα αυτού με συμβατικό πετρέλαιο μπορεί να θεωρηθεί βιοκαύσιμο αντίστοιχο του βιοντίζελ, εφόσον πληρεί τις νομοθετημένες προδιαγραφές. Σε μια χώρα όπως η Ελλάδα, με ανεπτυγμένη γεωργία το γεγονός αυτό αποκτά ιδιαίτερη σημασία, γιατί ενδεχομένως παρέχει μια σημαντική διέξοδο τόσο για την 28

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ επίτευξη των ευρωπαϊκών στόχων όσο και για το μέλλον της ελληνικής γεωργίας. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΚΑΙ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ Η παραγωγή βιομάζας και βιοκαυσίμων γίνεται σήμερα με σύγχρονες μεθόδους τόσο στην ΕΕ όσο και στη χώρα μας. Η παραγωγή βιοκαυσίμων στηρίζεται τόσο σε τεχνολογίες παραγωγής και συλλογής της βιομάζας, όσο και σε τεχνολογίες μετατροπής της βιομάζας σε καύσιμα. Νέες τεχνολογίες και προοπτικές αναβάθμισης των υπαρχουσών τεχνολογιών αποτελούν το μοχλό ανάπτυξης της νέας αυτής μορφής καυσίμων μεταφορών. 2.1 Βιομάζα Ο σύνθετος όρος βιομάζα (βιο - μάζα) αναφέρεται στην κατηγορία ύλης από την οποία αποτελούνται οι οργανισμοί φυτικής και ζωικής προέλευσης, καθώς και τα παράγωγα τους. Η παραγωγή βιοκαυσίμων στηρίζεται στη βιομάζα, που αποτελεί την πρώτη ύλη παραγωγής τους. Η βιομάζα είναι το βιοαποικοδομήσιμο μέρος των προϊόντων, αποβλήτων και υπολειμμάτων που προέρχονται από τη γεωργία, τη δασοκομία, τις βιομηχανίες και τα αστικά απόβλητα. Η βιομάζα περιλαμβάνει ενεργειακές καλλιέργειες καθώς και υπολείμματα ή παραπροϊόντα φυτικής ή ζωικής προέλευσης. Σε παγκόσμιο επίπεδο το συνολικό δυναμικό βιομάζας ισοδυναμεί με το 200πλάσιο της φυτικής ενέργειας που χρησιμοποιείται για παραγωγή τροφής, χωρίς περιβαλλοντικές επιπτώσεις σχετικά με το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Εκτιμάται ότι μέχρι το 2020 η ενεργειακή γεωργία θα καλύπτει πάνω από το 30% των εναλλακτικών πηγών ενέργειας. Για την περίπτωση της Ελλάδας, η συνολική καλλιεργήσιμη 29

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ έκταση είναι 35,8 εκατ. στρέμματα, που αντιστοιχούν σε περισσότερο από 29% της έκτασης της χώρας. Συγκεκριμένα για τις ενεργειακές καλλιέργειες στη χώρα μας, αυτές καλύπτουν λιγότερο από το 1% της συνολικής καλλιεργήσιμης έκτασης, οι περισσότερες από τις οποίες βρίσκονται σε πειραματικές εκτάσεις. Η καλλιέργειά τους στοχεύει στην εξεύρεση των πιο κατάλληλων καλλιεργειών και ποικιλιών τους, βάσει μελετών γύρω από τη προσαρμοστικότητά τους στις τοπικές εδαφοκλιματικές συνθήκες. Σαν αποτέλεσμα, η παραγωγή βιοντίζελ στη χώρα μας μέχρι και το 2007 στηρίχθηκε σε εισαγόμενες πρώτες ύλες. Για το λόγο αυτό είναι σημαντικό να διευρυνθεί η Ελληνική γεωργία προς τις ενεργειακές καλλιέργειες και να αξιοποιήσει το δυναμικό της. Στην κατηγορία των ενεργειακών καλλιεργειών περιλαμβάνονται οι ελαιούχες καλλιέργειες (ηλίανθος, ελαιοκράμβη, σόγια, βαμβάκι κτλ), οι αμυλούχες (καλαμπόκι, σιτηρά, πατάτα κτλ) καθώς και οι ζαχαρούχες (γλυκόσοργο, ζαχαρότευτλο, ζαχαροκάλαμο κτλ). Σήμερα οι ελαιούχες καλλιέργειες προορίζονται για την παραγωγή βιοντίζελ, ενώ οι αμυλούχες και οι ζαχαρούχες καλλιέργειες για την παραγωγή βιοαιθανόλης. Υπάρχουν και άλλες ενεργειακές καλλιέργειες, όπως η αγριαγκινάρα, ο μίσχανθος κτλ που προορίζονται κυρίως για στερεό βιοκαύσιμο (είτε για θέρμανση είτε για ηλεκτρισμό). Εικόνα 2.1: Τύποι βιομαζας για παραγωγή βιοκαυσίμων 30

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Το βιοντίζελ και η βιοαιθανόλη είναι τα υγρά βιοκαύσιμα που σήμερα παράγονται με συμβατικές μεθόδους, ενώ στη χώρα μας μόνο το πρώτο παράγεται. Το βιοαέριο είναι ένα συνθετικό φυσικό αέριο που παράγεται από απόβλητα αλλά στη χώρα μας δεν έχει ακόμη εφαρμογή. 2.2 Βιοντίζελ Το βιοντίζελ είναι το μοναδικό υγρό βιοκαύσιμο που παράγεται στη χώρα μας. Χρησιμοποιείται σαν υποκατάστατο του συμβατικού ντίζελ ορυκτής προέλευσης, καθώς έχει περιβαλλοντικά φιλικές ιδιότητες (μειωμένη περιεκτικότητα σε SOx, CO, αρωματικές ενώσεις). Το βιοντίζελ σήμερα παράγεται από τη μετεστεροποίηση των οξέων φυτικών ελαίων. Το βιοντίζελ είναι μεθυλεστέρας, που παράγεται με μετεστεροποίηση των φυτικών ελαίων και παραγωγή εστέρων των τριγλυκεριδίων. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ακόμη φθηνότερου βιοντήζελ, εκτός από τους ελαιούχους σπόρους και μεταχειρισμένα φυτικά έλαια (τηγανόλαδα) ή και ζωικά λίπη (πχ ως απόβλητα σφαγείων). Η εξαγωγή του ελαίου από τους σπόρους γίνεται μηχανικά ή χημικά. Το βιοντήζελ έχει θερμογόνο δύναμη 15% μικρότερη από αυτή του πετρελαίου. Ένα γενικό σχήμα της παραγωγικής αλυσίδας βιοντήζελ δίνεται στο παρακάτω σχήμα. 31

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Εικόνα 2.2: Διαγραμματική απεικόνιση της παραγωγή βιοντήζελ Με την υπάρχουσα τεχνολογία τα έλαια (τριγλυκερίδια) μετατρέπονται με μια απλή διαδικασία σε εστέρες των τριγλυκεριδίων, με μεθανόλη ή και αιθανόλη. Οι καθαροί εστέρες των τριγλυκεριδίων είναι άριστα υποκατάστατα του πετρελαίου, χωρίς να χρειάζεται καμία μετατροπή στον κινητήρα. Με ορισμένες φθηνές μετατροπές στη μηχανή είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί και καθαρό βιοέλαιο. 2.2.1 Παραγωγική διαδικασία Τα Στάδια της παραγωγικής διαδικασίας συνοψίζονται στα εξής: 1. Εξευγενισμός πρώτης ύλης 2. Μετεστεροποίηση πρώτης ύλης 3. Καθαρισμός βιοντίζελ (πλύσεις) 4. Εξευγενισμός γλυκερίνης 5. Ανάκτηση μεθανόλης 32

Εικόνα 2.3: Διαδικασία μετεστεροποίησης για την παραγωγή βιοντίζελ Κατά την παραγωγική διαδικασία τα άνυδρα έλαια (τριγλυκερίδια) θερμαίνονται με μεθανόλη σε αλκαλικό περιβάλλον (με βασικό καταλύτη) και προκύπτει μίγμα μεθυλεστέρων και γλυκερίνης, που ανακτάται σαν πολύτιμο παραπροϊόν. Το υδροξείδιο και το μεθοξείδιο του νατρίου χρησιμοποιούνται ευρέως σαν καταλύτες, όμως η χρήση επαναχρησιμοποιούμενου καταλύτη λιπάσης (ένζυμο διάσπασης τριγλυκεριδίων) και υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα είναι περισσότερο φιλική στο περιβάλλον Τα βασικά παραπροϊόντα της βιομηχανικής παραγωγής είναι γλυκερίνη και κέικ (πρωτεϊνούχος κτηνοτροφική πίτα που χρησιμοποιείται ως ζωοτροφή). Η γλυκερίνη έχει υψηλή αξία, γιατί χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων, τη ποτοποιία, την βιομηχανία καλλυντικών, τη φαρμακοβιομηχανία και σαπωνοποιία κ.α. Η κτηνοτροφική πίτα έχει επίσης μεγάλη αξία ως ζωοτροφή διότι είναι πλούσια σε πρωτεΐνες (10-45%). Κλείνοντας, πρέπει να αναφερθεί, ότι το βιοντίζελ είναι πολύ εύκολο να παρασκευαστεί και σε επίπεδο ατομικό, δηλαδή σαν οικιακό βιοντίζελ. Είναι διαθέσιμος στην αγορά φθηνός εξοπλισμός παραγωγής βιοντίζελ (αξίας 1500 ευρώ περίπου), ώστε είναι δυνατή η παραγωγή σε επίπεδο φάρμας. Έτσι μπορεί ο κάθε γεωργός που καλλιεργεί ενεργειακά φυτά (πχ ελαιοκράμβη, 33

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ηλίανθο) να παρασκευάζει το δικό του καύσιμο για την κίνηση των γεωργικών μηχανημάτων και οχημάτων, μία πρακτική που χρησιμοποιείται κατά κόρον από τους Αμερικανούς αγρότες. 2.3 Βιοαιθανόλη Σήμερα η βιοαιθανόλη, που καλύπτει το 90% της παγκόσμιας κατανάλωσης βιοκαυσίμων, δεν παράγεται ακόμα στη χώρα μας. Η διαδικασία παραγωγής της στηρίζεται στη μέθοδο της ενζυματικής υδρόλυσης. Οι πρώτες ύλες (βιομάζα) είναι τα ζαχαρούχα φυτά και υπολείμματα (ζαχαρότευτλο, ζαχαρο-κάλαμο, γλυκό σόργο, μελάσα κ.α.), καθώς και αμυλούχα φυτά (δημητριακά, καλαμπόκι, πατάτα κτλ). Για τον λόγο αυτό η παραγωγική διαδικασία βιοαιθανόλης δεν είναι και τόσο οικονομική αλλά και μακροπρόσθεσμα μπορεί να προκαλέσει έντονα κοινωνικά προβλήματα λόγω του επακόλουθου ανταγωνισμού μεταξύ τροφίμων και ενέργειας. Η βιομάζα υφίσταται τη διεργασία της υδρόλυσης κατά την οποία τα μεγάλα μόρια σακχαρόζης/αμύλου διασπώνται σε μικρότερα μόρια σακχάρων, που μπορούν να ζυμωθούν και να μετατραπούν σε αιθανόλη. Καταλυτική είναι η παρουσία του ενζύμου invertase που συμβάλει στη μετατροπή σακχάρων σε γλυκόζη και φρουκτόζη, όπως φαίνεται στην παρακάτω απλοποιημένη αντίδραση: Ci H P i i + h 2o ^ c 6h 12o 6 + c 6h 12o 6 [1 ] c--------------- V--------------- ' c------------- V------------- ' c------------- V------------- ' σάκχαρα φρουκτόζη γλυκόζη Στη συνέχεια τα σάκχαρα (φρουκτόζη και γλυκόζη) υφίστανται την ζύμωση, μία μέθοδο πολύ διαδεδομένη στη βιομηχανία τροφίμων. Κατά την ζύμωση, οι σακχαρομύκητες συντελούν στο μεταβολισμό της ζάχαρης, απουσία οξυγόνου, σε αιθανόλη και διοξείδιο του άνθρακα, όπως φαίνεται με την παρακάτω αντίδραση: C6H l2o6 c-------------v-------------j ^ 2 C H H 2O H + 2CO2 C-------------------- V---------------------J φρουκτόζη / γλυκόζη α ιθα λόλη [2] 34

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Αξίζει να σημειωθεί, ότι η φύση της βιομάζας που χρησιμοποιείται για την παραγωγή βιοαιθανόλης είναι ο σημαντικότερος παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση της διεργασίας, η οποία ωστόσο δεν μπορεί να υπερβεί το 66% σύμφωνα με τη στοιχειομετρία των παραπάνω αντιδράσεων. Αξίζει να σημειωθεί ότι η έρευνα σήμερα στρέφεται στην εξεύρεση ενζύμων, που θα μετατρέπουν όλο και μεγαλύτερα ποσοστά της βιομάζας σε βιοαιθανόλη, και συγκεκριμένα τα μέρη των ημι-κυτταρινών και της λιγνίνης. Στο μέλλον η παραγωγή βιοαιθανόλης θα αυξηθεί δραστικά λόγω της αναμενόμενης αυτής εξέλιξης στον τομέα της βιοτεχνολογίας, που θα μας φέρει στα βιοκαύσιμα δεύτερης γενιάς. Η διεργασία της ζύμωσης παράγει αρχικά ένα αραιό υδατικό διάλυμα αλκοόλης, που για να εμπλουτιστεί, απαιτεί απόσταξη που είναι μια ενεργοβόρα διεργασία. Σε σχέση με την αιθανόλη η παραγωγή βιοντίζελ είναι λιγότερο ενεργοβόρα και αποτελείται από στάδια χαμηλότερης θερμοκρασίας και πίεσης. 2.4 Σύγχρονες Τεχνολογίες Παραγωγής Βιοκαυσίμων Σήμερα υπάρχει τεράστιο ερευνητικό και επιχειρηματικό ενδιαφέρον γύρω από τις καλλιέργειες που αποσκοπούν στην παραγωγή ενέργειας (βιοκαύσιμα, βιοενέργεια κτ') συμπεριλαμβανομένων ποικίλων τεχνικών βέλτιστης απόδοσης και προσαρμοστικότητας σε συγκεκριμένες εδαφοκλιματικές συνθήκες, τεχνολογίες συγκομιδής βιομάζας κτλ. Παράλληλα, οι διεργασίες μετατόπισης των ποικίλων τύπων βιομάζας για την παραγωγή βιοντίζελ, βιοαιθανόλης, βιοαέριου και άλλων ειδών βιοκαυσίμων αποτελούν τη βάση για την οικονομική βιωσιμότητα του νέου αυτού τύπου ενέργειας μεταφορών. Σήμερα, υπάρχουν διάφορες σύγχρονες και αρκετά δοκιμασμένες τεχνολογίες παραγωγής βιομάζας και βιοκαυσίμων πρώτης γενιάς, καθώς και νέες πρωτοποριακές τεχνολογίες για την παραγωγή βιοκαυσίμων δεύτερης γενιάς. 35

2.4.1 Τεχνολογίες παραγωγής βιοκαυσίμων δεύτερης γενιάς Η ελάττωση των φυσικών ενεργειακών αποθεμάτων με γοργούς ρυθμούς, αλλά και τα περιβαλλοντικά προβλήματα που προέκυψαν από την αλόγιστη χρήση τους, είναι μία πραγματικότητα. Τα βιοκαύσιμα 2ης γενιάς θεωρούνται τόσο από τους ερευνητές όσο και από τους τεχνολογικούς αναλυτές σαν μία πολλά υποσχόμενη απάντηση, που αναμένεται να αλλάξει το ενεργειακό και κατ επέκταση το οικονομικο-πολιτικό τοπίο της Ευρώπης αλλά και ολόκληρου του πλανήτη. Τα βιοκαύσιμα δεύτερης γενιάς χαρακτηρίζονται σαν τα βιοκαύσιμα που παράγονται με πρωτοποριακές διεργασίες και από περισσότερους τύπους βιομάζας, από ό,τι τα βιοκαύσιμα πρώτης γενιάς. Στα βιοκαύσιμα δεύτερης γενιάς ανήκουν τα συνθετικά βιοκαύσιμα, που παράγονται από θερμοχημικές και καταλυτικές διεργασίες όπως πυρόλυση, εξαερίωση, και Fischer-Tropsch (πίνακας 2.1). Επίσης στην κατηγορία αυτή ανήκει και η βιοαιθανόλη που παράγεται από λιγνοκυτταρινικό υλικό, το οποίο δεν αξιοποιείται σήμερα. Το υδρογόνο από αέριο σύνθεσης καθώς και το βιοαέριο αποτελούν τα κύρια αέρια βιοκαύσιμα δεύτερης γενιάς. 36

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Τύπος Βιοκαυσίμου Ονομασία Διεργασία Συνθετικά βιοκαύσιμα Fischer - Tropsch Βιοντήζελ Αλκοόλη από αέριο σύνθεσης HTU ντίζελ Ντίζελ πυρόλυσης Εξαέρωση, wgs, σύνθεση, HDC Εξαέρωση, σύνθεση HTU, HDO, διύλιση Πυρόλυση, HDO, διύλιση Βιομαθάνιο Μεθανόλη Εξαέρωση, wgs, σύνθεση Βιοαιθανόλη Αιθανόλη από κυτταρίνη Υδρόλυση, ζύμωση, απόσταξη Βιο- MTBE MTBE Σύνθεση Βιοδιμεθυλαιθέρας DME Εξαέρωση, wgs, σύνθεση Βιο- υδρογόνο Υδρογόνο από αέριο σύνθεσης Εξαέρωση, wgs, απομάκρυνση, CO2 Βιοαέριο Φυσικό αέριο από αέριο σύνθεσης Εξαέρωση, σύνθεση, απομάκρυνση CO2-H2O Συνθετικό φυσικό αέριο Εξαέρωση Πίνακας 2.1: Βιοκαύσιμα δεύτερης γενιάς 2.4.1.1 Συνθετικά Βιοκαύσιμα-Παραγωγή Στην κατηγορία των συνθετικών βιοκαυσίμων ανήκει το βιοντίζελ, που παράγεται μέσω της διεργασίας Fischer-Tropsch. Πρόκειται για μία διεργασία μετατροπής βιομάζας σε υγρά καύσιμα ή BTL (Bio-mass To Liquid), που 37

συνδυάζει τόσο την εξαέρωση της βιομάζας, όσο και την καταλυτική μετατροπή του παραγόμενου αερίου (CO+H2) σε βιοκαύσιμα και κυρίως βιοντίζελ (εικόνα 2.4). Η μέθοδος αυτή παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον λόγω της δυνατότητας επεξεργασίας υπολειμμάτων σαν πρώτη ύλη, αλλά και εξαιτίας του υψηλού βαθμού μετατροπής σε υγρό καύσιμο άριστων προδιαγραφών. Η διεργασία BTL οδηγεί και στην παραγωγή ελαφρύτερων υδρογονανθράκων όπως η βιομεθανόλη και βιοαιθανόλη. NTV αέριο Βιομάζα -e NTV Πυρόλυση Εξαερωτής Αέρας κωκ Fischer-Tropsch αντιδραστήρας Αέριο σύνθεσης υπόλειμμα Σταθεροποιητής C1-C4 BTL καύσιμα τ FT κηρός Μονάδα Υδρογονοπυρόλυσης Εικόνα 2.4: Διεργασία παραγωγής συνθετικών βιοκαυσίμων (Biomass To Liquids - BTL) Ακόμα στην κατηγορία των συνθετικών βιοκαυσίμων ανήκουν και τα προϊόντα υδρογονοεπεξεργασίας προϊόντων πυρόλυσης βιομάζας όπως το HTU ντίζελ και το ντίζελ πυρόλυσης. Πυρόλυση είναι η θερμοχημική διαδικασία μετατροπής βιομάζας σε υγρό καύσιμο. Το HTU είναι μια τεχνολογία μετατροπής βιολογικών καύσιμων που είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για τα υγρά αέρια πετροχημικής βιομηχανίας βιομαζών. Οι δύο αυτές τεχνικές υπόσχονται πολλά, αφού μπορούν να εκμεταλλευτούν πολύ περισσότερους τύπους βιομάζας συμπεριλαμβανομένων και των αγροτικών και βιομηχανικών αποβλήτων, ενώ παράλληλα προσφέρουν περισσότερο από ενός είδους προϊόντα (βιο-αέριο, βιοντίζελ, βιοέλαιο κτλ). 38

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ 2.4.1.2 Βιοαιθανόλη και Βιοαιθέρες-Παραγωγή Ένα πολύ σημαντικό είδος βιοκαυσίμων 2ης γενιάς είναι η βιοαιθανόλη που παράγεται από λιγνοκυτταρινικό υλικό. Η βιοαιθανόλη δεύτερης γενιάς θα αντιμετωπίσει το πρόβλημα ανταγωνισμού μεταξύ διατροφικών και ενεργειακών καλλιεργειών, αφού εκμεταλλεύεται τα υπολείμματα των φυτών (στελέχη, άχυρο, κοτσάνια, ροκανίδια, κτλ), που δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τροφή. Κατά τη μέθοδο παραγωγής βιοαιθανόλης 2ης γενιάς, τα μόρια των κυταρρινών και λιγνίνων που αποτελούν τα μέρη αυτά του φυτού (που είναι ακατάλληλα για τροφή) διασπώνται και στη συνέχεια με κατάλληλη ενζυματική επεξεργασία παράγεται βιοαιθανόλη. Αξίζει να σημειωθεί ότι η τεχνολογία αυτή εφαρμόζεται αυτή τη στιγμή στη Δανία και στον Καναδά σε πιλοτική κλίμακα. Τη βιοαιθανόλη συναγωνίζονται τα βιοκαύσιμα βιο-mtbe (methyl tert-butyl ether) και βιοδιμέθυ-λαιθέρας ή βιο-dme (dimethyl ether). Το βιο-μτβε παράγεται από βιομεθανόλη και χρησιμοποιείται ως πρόσθετο βενζίνης για αύξηση του αριθμού οκτανίου, αλλά η χρήση του έχει αρχίζει να περιορίζεται λόγω προβλημάτων μόλυνσης του νερού που έχουν αναφερθεί από διαρροές βενζίνης. Ο βιοδιμέθυλαιθέρας ωστόσο συνεχίζει να παρουσιάζει ενδιαφέρον ως βιοκαύσιμο. Παράγεται είτε από φυσικό αέριο είτε αέριο σύνθεσης από την εξαέρωση βιομάζας. Η χρήση είναι ωστόσο ακόμη περιορισμένη λόγω προβλημάτων μεταφοράς και ασφάλειας της χρήσης του. 2.4.1.3 Βιοαέριο και Βιο-υδρογόνο-Παραγωγή Καύσιμο αέριο καθώς και καθαρό μείγμα αερίων συστατικών CO και H2, είναι δυνατόν να παραχθούν από τη βιομάζα μέσω της αεριοποίησης. Η αεριοποίηση είναι θερμοχημική διεργασία μετατροπής στερεών, υγρών και αερίων καυσίμων σε μείγμα αερίου το οποίο αποτελείται κυρίως από CO, Η2 και CO2. Καύσιμα συστατικά και επιθυμητά προϊόντα είναι τα CO, Η2 ενώ το CO2 αποτελεί ανεπιθύμητο παράγωγο το οποίο απομακρύνεται. 39

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Στην περίπτωση χρήσης CH4 η σύσταση του τελικού προϊόντος είναι υψηλή σε CO και Η2, ενώ στην περίπτωση χρήσης στερεών και υγρών καυσίμων η καθαρότητα είναι μειωμένη λόγω της ύπαρξης και άλλων χημικών ενώσεων (ενώσεις αζώτου και θείου, βαρείς και ελαφρείς υδρογονάνθρακες). Η ποιότητα του τελικού προϊόντος ρυθμίζεται ελέγχοντας τις συνθήκες της διεργασίας και κάνοντας χρήση κατάλληλων καταλυτών. Οι δυνατότητες χρήσης των προϊόντων της αεριοποίησης είναι πολλές και διαχωρίζονται σε εφαρμογές παραγωγής ενέργειας και σε εφαρμογές παραγωγής προϊόντων προστιθέμενης αξίας. Στην πρώτη περίπτωση το αέριο μπορεί να αξιοποιηθεί σαν καύσιμη ύλη για συμπαραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού σε ατμολέβητες, μηχανές εσωτερικής καύσης, αεριοστρόβιλους, και κελιά καυσίμου. Όσον αφορά την παραγωγή προϊόντων προστιθέμενης αξίας, το αέριο, όντας φορέας CO και H2, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή συνθετικών καυσίμων μέσω της διεργασίας Fischer Tropsch. Τέλος, το βιοαέριο που παράγεται από φυσικό αέριο είτε από αέριο σύνθεσης, αποτελεί επίσης ένα υποσχόμενο αέριο καύσιμο. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θέρμανση σπιτιών ή κτιρίων αλλά ακόμα και για κίνηση σε κατάλληλα τροποποιημένες μηχανές. Το βιουδρογόνο ή υδρογόνο που παράγεται από την εξαέρωση βιομάζας και απομάκρυνση CO2 από το αέριο σύνθεσης αποτελεί το μέλλον των βιοκαυσίμων 2ης γενιάς, αφού θα συμπληρώσει την παραγωγή / χρήση του υδρογόνου που θεωρείται το καύσιμο που θα κυριαρχήσει μετά το 2030. 2.4.1.4 Βιοδιυλιστήριο Άμεσα συνδεδεμένο με τα βιοκαύσιμα 2ης γενιάς είναι το βιοδιυλιστήριο, που είναι μία μονάδα παραγωγής που συγκεντρώνει διεργασίες μετατροπής βιομάζας σε καύσιμα, ενέργεια και χημικά (εικόνα 2.5). Η αρχή του σχεδιασμού τους βασίζεται στην εκμετάλλευση των διαφορετικών ιδιοτήτων των συστατικών της βιομάζας και των ενδιάμεσων προϊόντων. 40

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Εικόνα 2.5: Βιοδιυλιστήριο ΕΛ.ΒΙ στο Κιλκίς Τα βιοδιυλιστήρια, πέρα των βιοκαυσίμων και των χημικών, παράγουν επίσης ενέργεια είτε για αυτονομία της διεργασίας είτε προς εμπορική εκμετάλλευση. Τα τυπικά βιοδιυλιστήρια αποτελούνται από δύο παράλληλες διεργασίες μετατροπής βιομάζας, μία θερμοχημική και μία βιοχημική. Κατά τη θερμοχημική διεργασία η βιομάζα εξαερώνεται και το παραγόμενο αέριο σύνθεσης μετατρέπεται σε καύσιμο και χημικά, ενώ ένα μέρος του χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενέργειας. Κατά τη βιοχημική διεργασία τα συστατικά κυτταρίνης και ημι-κυτταρίνης της βιομάζας μετατρέπονται σε σάκχαρα με κατάλληλα ένζυμα και στη συνέχεια με ζύμωση λαμβάνεται βιοαιθανόλη, που χρησιμοποιείται σαν καύσιμο ή σαν αλκοόλη. Το υπόλειμμα της βιοχημικής διεργασίας καίγεται για την παραγωγή θερμότητας ή και ενέργειας. 41

r* Βιομάζα V ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Εικόνα 2.6: Βιοδιυλιστήριο: Μετατροπή βιομάζας σε καύσιμα, χημικά και ενέργεια μέσω βιοχημικής και θερμοχημικής μετατροπής Τα βιοδιυλιστήρια μπορούν να ενσωματωθούν τόσο με συμβατικά διυλιστήρια όσο και με μονάδες παραγωγής χαρτιού, ζαχάρεως ή ελαίων. Στην περίπτωση ενσωμάτωσης με συμβατικά διυλιστήρια, στόχος είναι η βελτίωση ομαδοποίησης των τμημάτων που κατεργάζονται αργό πετρέλαιο, με τα τμήματα που επεξεργάζονται βιομάζα, ώστε να είναι δυνατή η βελτίωση χρήση ενέργειας, όπως της χαμηλής στάθμης θερμότητας που προέρχεται από τον τομέα διύλισης, καθώς και βοηθητικών ρευμάτων, όπως το υδρογόνο. Η αεριοποίηση του υγρού υπολείμματος βιομηχανιών χαρτοπολτού με επακόλουθη σύνθεση χημικών / καυσίμων είναι μια υποσχόμενη δυνατότητα της ενσωμάτωσης του βιοδιυλιστηρίου με μονάδες χαρτοβιομηχανίας. Τέλος, η εξοικονόμηση ενέργειας μπορεί να αποτελεί τη βάση της ενσωμάτωσης ενός βιοδιυλιστηρίου με μονάδες παραγωγής ζάχαρης. 42

ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΒΙΟΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ 3.1 Καταγραφή υπαρχόντων υποδομών και δυναμικότητας παραγωγής βιοκαυσίμων στη χώρα μας Αν και όπως αναφέρθηκε στο πρώτο κεφάλαιο η διείσδυση των βιοκαυσίμων στην Ελληνική αγορά άργησε σε σχέση με την Ευρώπη, από το 2005, οπότε και ψηφίστηκε ο σχετικός νόμος, έως σήμερα έχουν αναπτυχθεί σημαντικές υποδομές παραγωγής βιοντίζελ στη χώρα. Επωφελούμενοι από το ευνοϊκό επενδυτικό περιβάλλον αλλά και αναγνωρίζοντας τις τάσεις έντονης ανάπτυξης που γνώρισε η αγορά βιοντίζελ στην Ευρώπη την τελευταία πενταετία, πολλοί επιχειρηματίες έσπευσαν να επενδύσουν στην παραγωγή των βιοκαυσίμων. Σύμφωνα με στοιχεία του υπουργείου ανάπτυξης οι εταιρίες οι που πήραν δικαιώματα πώλησης ποσοτήτων βιοντίζελ στην Ελλάδα είναι αυτές που παρουσιάζονται παρακάτω (πίνακας 3.1) μαζί με τις αντίστοιχες πληροφορίες για το ύψος της αποφορολόγησης που έλαβαν και με εκτιμήσεις της δυναμικότητας παραγωγής τους. 43