Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ Σ.Τ.ΕΦ. ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ Κ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ # BmSeml Ε Ν Α Λ Λ Α Κ Τ ΙΚ Ε Σ Μ Ο Ρ Φ Ε Σ Κ Α Υ Σ ΙΜ Ω Ν ΣΠΟΥΔΑΣΤΕΣ : Dr. ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΥ ΜΑΡΙΑ Dr. ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΑΟΣ ΧΡΗΣΤΟΣ ΚΕΛΙΔΗΣ ΚΥΡΙΑΚΟΣ ΔΕΔΟΥΣΗΣ ΘΕΟΦΑΝΗΣ ΚΑΒΑΛΑ 2005
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελίδα Εισαγωγή Σύσταση βιομάζας...3 μέθοδοι παραγωγής βιοπροιόντων από βιομάζα...4 1. Κυψέλες καυσίμων 1.1 Γενικά... 5 1.2 Εφαρμογή των κυψελών καυσίμων...7 2. Biodiesel ( βιομάζα) 2.1 Γενικά... 9 2.2 Τι είναι το biodiesel... 10 2.2.2 Ιστορία... 11 2.2.3 Η ποιότητα τα πρότυπα και οι ιδιότητες...11 2.2.4 Παραγωγή... 14 2.3 Αξιοποίηση του χαρουπιού για την παραγωγή βιοαιθανόλης...15 2.3.1 Εισαγωγή... 16 2.3.2 Η καλλιέργεια του χαρουπιού...17 2.3.3 Σύσταση και χρήσεις του χαρουπιού... 17 2.3.4 Διαδικασία παραγωγής αιθανόλης από την ψύχα του χαρουπιού... 18 2.3.5 Παράμετροι της διεργασίας παραγωγής αιθανόλης από το χαρούπι... 19 2.3.6 Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων...20 3. Το biodiesel ως καύσιμο μηχανών] 3.1 Εισαγωγή στις αλκοόλες... 22 3.1.2 Αλκοόλες ως καύσιμα μηχανών... 23 3.2 Παραγωγή των αλκοόλων...25 4. Μετατροπή μηχανών βενζίνης και diesel σε για καύση αλκοόλης 4.1 Καύση αλκοόλης σε βενόνοκινητήρα...52 4.1.1 Ιδιότητες καυσίμων αλκοολών...52 4.1.2 Χαρακτηριστικά καύσης...54 4.1.3 Διάβρωση των αλκοόλων...56 4.1.4 Δυνατότητα και απόδοση οδήγησης... 57 4.1.5 Ανταπόκριση μηχανών στην αλκοόλη...59 4.1.6 Μετατροπή βενόνοκινητήρα από τη SAAB...62 4.2.1 Μετατροπή μηχανών diesel...65 4.2.2 Αριθμός δεκαεξανίου και πως βελτιώνει την πρόσθετη ουσία...65 4.2.3 Γαλάκτωματα αλκοόλης- diesel... 66 4.2.4 Υποκαπνισμός... 66 4.2.5 Διπλή έγχυση...66 4.2.6 Θερμαινόμενες επιφάνειες...67 4.2.7 Μίζα...67 4.2.8 Καθαρή μεθανόλη για τον κύκλο diesel... 68
4.2.9 Τεχνικές παράμετροι της L195 μηχανής diesel... 68 4.3.1 Γενικό σχέδιο της προσέγγισης μετατροπής... 69 4.3.2 Υπολογισμός και επιλογή του εξαερωτήρα...70 4.3.3 Επιλογή του ενναλάκτη θερμότητας... 71 4.3.4 Σχέδιο μετατροπής του συστήματος παροχής αέρα...72 4.3.5 Σχέδιο μετατροπής του συστήματος ελέγχου... 72 4.3.6Δοκιμές και αναλύσεις μηχανών... 73 5. Μελέτες πάνω στην καύση των μιγμάτων βενζίνης- αιθανόλης σε μηχανές βενζίνης 5.1 Απόδοση των καυσίμων μίγματος...76 5.1.2 Αρχική απόδοση των συνδυασμένων καυσίμων... 77 5.1.3 Αριθμός οκτανίου μίγματος καυσίμου... 77 5.2.1 Μέθοδοι μετατροπής και υλικά μηχανής βενζίνης... 79 5.2.2 Αποτελέσματα της δοκιμής και συζητήσεις... 82 5.2.3 Δύναμη και ειδική κατανάλωση καυσίμων... 85 5.2.4 Απόδοση έναρξης...86 5.2.5 Μεταβαλλόμενη απόδοση του οχήματος...87 5.3.1 Η επίδραση των μιγμάτων καυσίμων στη διάβρωση και φθορά της μηχανής...91 5.4.1 Η επίδραση των μιγμάτων καυσίμων στα καυσαέρια...94 5.5.1 Συμπεράσματα... 94 5.5.2 Περιβαλλοντολογικές εκτιμήσεις...95 6. Το biodiesel στην Ελλάδα 6.1 Η ελληνική πολιτεία για τα βιοκαύσιμα... 97 6.2 Πιλοτική εφαρμογή του biodiesel στον ελλαδικό χώρο...104
ΠΡΟΛΟΓΟΣ Στην εποχή μας η ανάγκη για την εξοικονόμηση ενέργειας είναι μεγαλύτερη από ποτέ. Η κυριότερη πηγή ενέργειας σήμερα είναι το ορυκτό πετρέλαιο το οποίο χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη σχεδόν παντού. Η αλόγιστη χρήση του όμως έχει οδηγήσει σε παγκόσμιο επίπεδο σε πολλά προβλήματα τα οποία όσο δυσεπίλυτα και αν είναι καλούμαστε να τα αντιμετωπίσουμε. Η μείωση των αποθεμάτων πετρελαίου σε αντίθεση με τις αυξανόμενες ανάγκες σε καύσιμα και η καταστροφή του περιβάλλοντος που έχει σαν συνέπεια τη χαμηλή ποιότητα ζωής των ανθρώπων, είναι τα μεγαλύτερα προβλήματα που απαιτούν άμεση επίλυση. Η απάντηση που μας επιτρέπει να αισιοδοξούμε βρίσκεται στις εναλλακτικές πηγές καυσίμων. Τα καύσιμα αλκοολών γνωστά κυρίως με τον όρο βιοκαύσιμα (biodiesel) και οι κυψέλες καύσιμων είναι λύσεις εφικτές που έρχονται να αλλάξουν τα δεδομένα τουλάχιστον όσον αφορά τα καύσιμα κίνησης. Η έρευνα και η τεχνολογία παραγωγής τον καύσιμων αυτών έχει προχωρήσει αρκετά ώστε ήδη σε αρκετές χώρες η παραγωγή και η χρήση τους να είναι πραγματικότητα. Στην έκθεση αυτή γίνεται αναφορά στις νέες αυτές τεχνολογίες κυρίως στα βιοκαύσιμα, όσον αφορά την διαδικασία παραγωγής τους, την εκμετάλλευσή τους, την επίδραση τους στις μηχανές εσωτερικής καύσης των αυτοκινήτων και τα αποτελέσματα τους προς το περιβάλλον. Εισαγωγή Όπως προαναφέρθηκε οι αυξανόμενες ανάγκες σε καύσιμα, ενέργεια και χημικά προϊόντα και η ανάγκη αντιμετώπισης του προβλήματος της ρύπανσης του περιβάλλοντος οδηγούν στην αναζήτηση εναλλακτικών ανανεώσιμων πρώτων υλών και βιώσιμων μεθόδων επεξεργασίας τους. Οι προσεγγίσεις αυτές που κωδικοποιήθηκαν πρόσφατα με τη μορφή των αρχών της πράσινης χημείας συναντούν ολοένα και αυξανόμενη αναγνώριση. Σημαντική συνεισφορά στην κατεύθυνση της επίλυσης αυτών των προβλημάτων φαίνεται να έχει η βιομάζα. Βιομάζα είναι κάθε οργανικό υλικό με βασικό συστατικό τον άνθρακα που είναι διαθέσιμο σε ανανεώσιμη ή επαναλαμβανόμενη βάση και μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί των ορυκτών πρώτων υλών για την παραγωγή θερμότητας ή γενικότερα ενέργειας καθώς και βιομηχανικών και
καταναλωτικών προϊόντων. Η βιομάζα μπορεί να προέρχεται από τη γεωργική, τη δασική, την κτηνοτροφική και τη θαλάσσια παραγωγή καθώς και τα υπολείμματα τους. Επίσης μπορεί να βρεθεί και στα βιομηχανικά και αστικά υπολείμματα. Με τη χρήση της βιομάζας κλείνει ο κύκλος άνθρακα. Δηλαδή, ο άνθρακας που υπάρχει στην ατμόσφαιρα, με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα, απορροφάται από τα φυτά, και με τη φωτοσύνθεση μετατρέπεται σε υδατάνθρακες. Αυτοί με τη μορφή βιομάζας, μετατρέπονται από τη χημική βιομηχανία σε βιοαποικοδομήσιμα χημικά προϊόντα. Όταν η χρησιμοποίηση των προϊόντων αυτών τελειώσει, αποικοδομούνται και ο άνθρακας που περιέχουν επιστρέφει στην ατμόσφαιρα. Αντίθετα, τα προϊόντα που παράγονται από ορυκτές πρώτες ύλες αποδεσμεύουν στην ατμόσφαιρα πρόσθετες ποσότητες άνθρακα και επιβαρύνουν το περιβάλλον. Η βιομάζα είναι πολύ σημαντική ανανεώσιμη πρώτη ύλη γιατί επιτρέπει την υλοποίηση της ιδέας του βιοδιυλιστηρίου (biorefinery), του διυλιστηρίου δηλαδή που για πρώτη ύλη δεν έχει το αργό πετρέλαιο αλλά τη βιομάζα. Τα βιοδιυλιστήρια θα μπορούν να χρησιμοποιούν ποικιλία μορφών βιομάζας, όπως καρπούς, γεωργικά υπολείμματα και πολτό, καθώς και ποικιλία διαδικασιών επεξεργασίας ώστε να παράγουν ποικιλία προϊόντων, όπως καύσιμα, ενέργεια, χημικές ουσίες και διάφορα προϊόντα γενικώς. Τα υπολείμματα δεν καταστρέφονται αλλά χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας που είναι απαραίτητη για τη λειτουργία του βιοδιυλιστηρίου. Βιοπροϊόντα ονομάζονται όλα τα εμπορικά ή βιομηχανικά προϊόντα που μπορούν να παρασκευαστούν, αποκλειστικώς ή μερικώς από βιομάζα. Τέτοια βιοπροϊόντα είναι η βιοενέργεια (θερμότητα και ηλεκτρισμός), τα βιοκαύσιμα (αιθανόλη και μεθανόλη), βιομηχανικά βιοχημικςι προϊόντα, βιοπλαστικά από άμυλο καλαμποκιού και πολλά άλλα. Ο ορισμός των βιοπροϊόντων δεν περιλαμβάνει τα τρόφιμα και τα συστατικά τους (παράγωγα, γευστικά πρόσθετα, διατροφικά πρόσθετα), τα είδη ένδυσης και τα υλικά ξυλείας (ξυλεία, χαρτοπολτός, χαρτί, κοντραπλακέ). Τα βιοχημικά προϊόντα μπορούν να ομαδοποιηθούν σε τέσσερις κύριες κατηγορίες: Βιοπροϊόντα από σάκχαρα και άμυλο (αλκοόλες, οξέα-) Βιοπροϊόντα από λίπη και έλαια φασολιών σόγιας, κράμβης ή άλλων ελαιοσπόρων (λιπαρά οξέα, έλαια, αλκυδικές ρητίνες, γλυκερίνη και διάφορα φυτικά έλαια) Βιοπροϊόντα από ξυλεία και κόμμι (ρητίνη χαρτοπολτού αλκυδικές ρητίνες, κολοφώνιο, πίσσα, λιπαρά οξέα, τερεβινθέλαιο-νέφτι). Βιοπροϊόντα κυτταρίνης, χαρτοπολτού και οξικής κυτταρίνης (αναζωογονημένη κυτταρίνη) is
Στην παρούσα εργασία θα εστιαστούμε κυρίως στη βιομάζα που προέρχεται από τη φυτική κυρίως παραγωγή (είτε με τη μορφή ειδικής καλλιέργειας για βιοπροϊόντα είτε με τη μορφή υπολειμμάτων καλλιέργειας για τρόφιμα). Σύσταση της βιομάζας Η σύσταση της βιομάζας ποικίλει και αποτελεί τον παράγοντα που καθορίζει την ευκολία μετατροπής της σε πρώτες ύλες για επεξεργασία αλλά και τις ιδιότητες των τελικών προϊόντων4-6. Τα κυριότερα συστατικά της βιομάζας είναι οι υδατάνθρακες (σάκχαρα), τα έλαια και οι πρωτεΐνες. Σάκχαρα Οι πολυσακχαρίτες άμυλο και κυτταρίνη αποτελούνται από το μονοσακχαρίτη γλυκόζη (έξη άτομα άνθρακα) και οι πολυσακχαρίτες ημικυτταρίνη και λιγνίνη που αποτελούνται κυρίως από τους μονοσακχαρίτες ξυλόζη και αραβινόζη (πέντε άτομα άνθρακα). Το άμυλο είναι μίγμα α-αμυλόζης (10-30%) και αμυλοπηκτίνης (70-90%) που τα μόριά τους αποτελούν ευθύγραμμες αλυσίδες μορίων γλυκόζης με α-1,4- γλυκοσιδικούς δεσμούς. Η αμυλοπηκτίνη εμφανίζει και μικρές πλευρικές αλυσίδες. Η κυτταρίνη αποτελείται από ευθύγραμμες αλυσίδες μορίων γλυκόζης συνδεδεμένων με β-1,4-γλυκοσιδικούς δεσμούς. Μεταξύ των αλυσίδων ανατττύσσονται δεσμοί υδρογόνου που δημιουργούν στρώματα μακρομορίων κυτταρίνης τα οποία της προσδίδουν σταθερότητα. Η ημικυτταρίνη αποτελείται από μικρές αλυσίδες, κυρίως από ξυλόζη και αραβινόζη, ενώ υπάρχουν και οι μονοσακχαρίτες γλυκόζη και μανόζη σε μικρή ποσότητα. Υδρολύεται ευκολότερα από την κυτταρίνη. Η λιγνίνη έχει μία σύνθετη δομή με δομικές μονάδες ανθρακικούς δακτυλίους με μεθοξυλικές, υδροξυλικές και προπυλικές ομάδες καθώς και πολυσακχαρίτες. Προσδίδει ευλυγισία στη δομή^της κυτταρίνης/μικυτταρίνης. Οι ανθρακικοί δακτύλιοι μπορούν να αποτελέσουν πολύτιμες πρώτες ύλες αλλά διαχωρίζονται δύσκολα. Φυτικά έλαια Τα φυτικά έλαια παράγονται από λιπαρά οξέα και γλυκερίνη. Με την χημική σύνθεση (εστεροποίηση) ενός μορίου γλυκερίνης με τρία ίδια ή διαφορετικά μόρια λιπαρών οξέων δημιουργούνται οι τριγλυκερόλες ή τριγλυκερίδια (τριεστέρες). Πρωτεΐνες Είναι φυσικά πολυμερή των αμινοξέων. Τα αμινοξέα αποτελούνται από ένα άτομο άνθρακα στο οποίο συνδέονται, μία αμινομάδα, μία καρβοξυλική ομάδα και μία πλευρική ομάδα, η οποία είναι διαφορετική για κάθε αμινοξύ. Τα α-αμινοξέα που διαφοροποιούνται στην πλευρική τους ομάδα. Από το συνδυασμό δύο αμινοξέων δημιουργείται ένα διπειττίδιο και από την ένωση περισσότερων
αμινοξέων ένα πολυπεπτίδιο. Οι πρωτεΐνες είναι πολυπεπτίδια με μεγάλο αριθμό (>100) διαφορετικών αμινοξέων. Η δομή των πρωτεϊνών καθορίζει τις φυσικοχημικές ιδιότητες τους. Αλλαγή της σειράς και του είδους των αμινοξέων που συμμετέχουν αλλάζει σημαντικά τις ιδιότητες της πρωτεΐνης. Παρόλο που έχουν ιδιαίτερα χρήσιμες ιδιότητες, η έρευνα των πρωτεϊνών ως ανανεώσιμων πρώτων υλών βρίσκεται ακόμα στα πρώτα της στάδια. Μέθοδοι παραγωγής βιοπροϊόντων από τη βιομάζα Οι μέθοδοι παραγωγής βιοπροϊόντων μπορούν να ομαδοποιηθούν σε δύο ομάδες, τις βιοχημικές και τις θερμοχημικές. Οι βιοχημικές χρησιμοποιούν ένζυμα ή μικροοργανισμούς για τη μετατροπή των πρώτων υλών στα επιθυμητά χημικά προϊόντα. Οι ζυμώσεις και η παραγωγή των επιθυμητών χημικών ουσιών μέσα στα ίδια τα φυτά ανήκουν στις βιοχημικές μεθόδους. Οι θερμοχημικές μέθοδοι χρησιμοποιούν καταλύτες (οξέα, μέταλλα ή συνδυασμούς) ή/και υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες. Η πυρόλυση και η αεριοποίηση είναι μερικές από τις θερμοχημικές μεθόδους. Σε αρκετές περιπτώσεις για την παραγωγή ενός προϊόντος μπορεί να απαιτηθεί συνδυασμός βιοχημικών και θερμοχημικών μεθόδων σε διαδοχικά στάδια. Η παραγωγή χημικών προϊόντων με καταλυτική ζύμωση, σε βιομηχανική κλίμακα, είναι ακόμα σχετικά περιορισμένη, αφού λίγα μόνο μερικά προϊόντα, όπως το γαλακτικό οξύ, το οξικό οξύη μεθανόλη και η αιθανόλη, παρασκευάζονται οικονομικά και σε σημαντική ποσότητα με αυτή τη μέθοδο.
1. ΚΥΨΕΛΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ. 1.1 Γενικά Οι κυψέλες καυσίμων ή αλλιώς fuel cell σττοτελούν αυτή τη στιγμή τη σημαντικότερη ενεργειακή πηγή του μέλλοντος. Διότι οι κυψέλες καυσίμων μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ποικίλα καύσιμα και μάλιστα με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ήδη υπάρχουν αρκετές εφαρμογές όπως σε αυτοκίνητα. κινητά τηλέφωνα, κάμερες, ακόμα και στο διαστημόπλοια, οι οποίες έχουν λύσει σε μεγάλο βαθμό προβλήματα του ανθρώπου. Χωρίς αμφιβολία το μεγαλύτερο ποσοστό στη μόλυνση του περιβάλλοντος κατέχει η καύση ορυκτών καυσίμων, ενώ παράλληλα το μεγαλύτερο ποσό ενέργειας περιέχεται από αυτές τις πηγές, που σε μερικές δεκαετίες θα έχουν εξαντληθεί. Επομένως ήταν επιτακτική ανάγκη η αντικατάστασή τους με κάποια πηγή που δεν θα μολύνει το περιβάλλον και αφετέρου θα μπορεί να παράγει αρκετή ποσότητα ενέργειας. Η λύση βρέθηκε στο υδρογόνο, το οποίο θεωρείται ως το ιδανικό καύσιμο, διότι έχει υψηλή θερμαντική αξία, το προϊόν της καύσης του είναι καθαρό νερό, και μπορεί να μεταφέρεται σε μεγάλες αποστάσεις με μηδενικές απώλειες. Η παραγωγή του υδρογόνου σήμερα γίνεται κυρίως από το φυσικό αέριο με την επίδραση υδρατμών, αλλά η πιο φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος είναι η παραγωγή του από ηλεκτρόλυση του νερού. Αλλά το σημαντικότερο πλεονέκτημα του υδρογόνου είναι ότι μπορεί να τροφοδοτήσει τις κυψέλες καυσίμου. Η πρώτη εμφάνιση κυψελών καυσίμων ήταν το 1839 από τον Sir William Grove, ένα Ουαλλέζο δικαστή και επιστήμονα. Αλλά η πρώτη της εφαρμογή ήταν, όταν η κυβέρνηση των Η.Π.Α. αποφάσισε να επιλέξει στο διαστημικό πρόγραμμα της τις κυψέλες καυσίμων τη δεκαετία του '60. Τα διαστημόπλοια Gemini και Apollo κατά την αποστολή τους στο διάστημα εφοδιάστηκαν με ενέργεια και παρέχουν ακόμα και τώρα ηλεκτρική ενέργεια και νερό για το διαστημικό λεωφορείο. Επίσης μεγάλο πλεονέκτημα των κυψελών καυσίμων είναι ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν από πολλά καύσιμα και από πηγές αγανεώσιμης ενέργειας. Εκτός από το υδρογόνο που βρίσκεται σε μεγάλη αφθονία πάνω στη γη μπορεί να χρησιμοποιηθούν καύσιμα που περιέχουν υδρογόνο όπως η μεθανόλη, η αιθανόλη και το φυσικό αέριο. Κατά τη χρησιμοποίηση καυσίμων εκτός από το καθαρό υδρογόνο απαιτείται ένας μετασχηματιστής ή επεξεργαστής καυσίμων. Η συγκεκριμένη συσκευή έχει σαν σκοπό να παράγει υδρογόνο από καύσιμα όπως η βενζίνη, η μεθανόλη, η αιθανόλη ή η νάφθα. Υπάρχουν τρία είδη μετασχηματιστών για τις κυψέλες καυσίμων : οι μετασχηματιστές ατμού, της μερικής οξείδωσης, και του αυτοθερμικού μετασχηματιστή. Οι μετασχηματιστές ατμού συνδυάζουν τα καύσιμα με τον ατμό και τη θερμότητα για να παράγουν υδρογόνο. Οι μετασχηματιστές της μερικής οξείδωσης συνδυάζουν χημικά τα καύσιμα με το οξυγόνο για να παράγουν μονοξείδιο υδρογόνου και άνθρακα. Οι αυτοθερμικοί μετασχηματιστές συνδυάζουν χημικά τα καύσιμα και με τον ατμό και με το οξυγόνο έτσι ώστε η αντίδραση να είναι σε θερμική ισορροπία. Οι κυψέλες καυσίμων που χρησιμοποιούν το υδρογόνο ως καύσιμο έχουν μηδενικές εκπομπές καυσαερίων και είναι αποδοτικότερες από τα αυτοκίνητα που
βασίζονται σε μπαταρίες. Ενώ ταυτόχρονα παράγουν λιγότερα σε όλο το σύστημα παραγωγής αέρια του θερμοκηπίου. Η κυψέλη καυσίμων λειτουργεί σχεδόν με τον ίδιο τρόπο που λειτουργεί μια απλή μπαταρία. Αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια, ένα στην άνοδο και το άλλο στη κάθοδο και διαχωρίζονται με μία μεμβράνη. Το οξυγόνο περνάει πάνω από το ένα ηλεκτρόδιο και το υδρογόνο από το άμο. Το υδρογόνο αντιδρά με έναν καταλύτη στην άνοδο που μετατρέπει το αέριο υδρογόνο σε αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια και θετικά φορτισμένα ιόντα. Τα ηλεκτρόνια ρέοντας από την κυψέλη αποτελούν ένα ρεύμα που χρησιμοποιείται ως ηλεκτρική ενέργεια. Τα ιόντα του υδρογόνου τώρα κινούνται μέσω της ηλεκτρολυτικής μεμβράνης προς την κάθοδο όπου ενώνονται με το οξυγόνο και τα ηλεκτρόνια για να παράγουν το νερό. Αντίθετα από τις μπαταρίες, οι κυψέλες καυσίμων ποτέ δεν φορτίζονται αππ έξω. Μία κυψέλη καυσίμου παράγει περίπου 0,6V και πολλές μαζί συνδυάζονται για να δώσουν την ηλεκτρική ισχύ που χρειάζεται. Οι κυριότερες εφαρμογές των κυψελών καυσίμων είναι κυρίως για συμπαραγωγή ενέργειας σε μεγάλα κτίρια, νοσοκομεία και σπίτια. Σε εφαρμογές μικρής ισχύος όπως φώτα απομακρυσμένων περιοχών, ταμπέλες δρόμων, σταθμοί επικοινωνιών και μετερεωλογικοί σταθμοί. Επιπλέον σημαντική είναι η προσφορά τους σε διαστημόπλοια, υποβρύχια, τραίνα και λεωφορεία. Τέλος χρησιμοποιούνται σε διάφορες φορητές συσκευές ισχύος: φορητά τηλεφώνα, Laptop, κάμερες και φορητές συσκευές ήχου. Αναμφισβήτητα εκτός του μεγάλου εύρους εφαρμογών που έχουν, πλεονεκτούν και σε πολλά άλλα, όπως έχουν ελάχιστες εκπομπές ρύπων και είναι φιλικά προς το περιβάλλον. Οι κυψέλες δεν έχουν κινητά μέρη ενώ η λειτουργία τους είναι ήσυχη και χωρίς ιδιαίτερη συντήρηση. Τέλος έχουν μεγάλη απόδοση στην μετατροπή ηλεκτρισμού της τάξης του 40 65 % που τα κάνει ανταγωνιστικά στην εξοικονόμηση ενέργειας. Από τα παραπάνω συμπεραίνουμε ότι είναι θέμα χρόνου που κάποια μέρα θα αποκτήσουμε ένα αυτοκίνητο που θα κινείται με κυψελίδες καυσίμου το οποίο θα μεταφέρει υδρογόνο για καύσιμο, ενώ ταυτόχρονα θα είναι φιλικό στο περιβάλλον και στον άνθρωπο. Όλα αυτά θα βοηθήσουν στο να μειωθούν τα αέρια του φαινομένου του θερμοκηπίου και να γίνει μια πιο ορθολογική χρήση των ορυκτών καυσίμων που είναι έτοιμα να εξαντληθούν. Αρκεί βέβαια η έρευνα πάνω σε αυτά τα θέματα να συνεχίσει καθώς βέβαια και η χρηματοδότηση των προγραμμάτων αυτών αν θέλουμε όλα τα παραπάνω να γίνουν πραγματικότητα.
1.2 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΚΥΨΕΛΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ Η General Motors προάγει τις τεχνολογίες υδρογόνου "Συνεργασία" με σημαντικό στόχο... Πριν από λίγο καιρό μιλούσαμε για τις τεχνολογίες υδρογόνου και των κυψελών καυσίμου, που κάποιες εταιρείες βελτιώνουν διαρκώς. Πρόκειται να δούμε κάτι στο προσεχές μέλλον; Η GM κάνει το "πρώτο" βήμα προς την Ευρωπαϊκή Ένωση... Η Opel και η GM έχουν αποδείξει και στο παρελθόν τα πλεονεκτήματα και την αξιοπιστία του υδρογόνου και των κυψελών καυσίμου. Ο όμιλος της GM ήδη έχει αρχίσει να χτυπάει το καμπανάκι στην Ευρωπαϊκή Επιτροπή, δείχνοντας το ενδιαφέρον της πρός αυτές τις τεχνολογίες που σχετίζονται με το υδρογόνο. Συγκεκριμένα, έχει αρχίσει σημαντικές συζητήσεις με τη ν Ευρωπαϊκή Επιτροπή προκειμένου η δεύτερη να υποστηρίξει τη ν τεχνολογία τω ν κυψελώ ν καυσίμου, να αναπτύξει σταδιακά ένα ευρύ δίκτυο αταθμώ ν ανεφοδιασμού υδρογόνου και να γεφυρώσει σιγά - σιγά το χάσμα ανάμεσα στο ερευνητικό επίπεδο και στην παρούσα κατάσταση, που επικρατεί στην ευρωπαϊκή αγορά. Μάλιστα, σε μια επιστολή που έστειλε ο πρόεδρος της GM στην Ευρώπη, C arl-p eter Forster, στον πρόεδρο της Ευρωπαϊκής Επιτροπής, Romano Prodi, εγγυήθηκε για την άμεση παροχή διαφόρων υπηρεσιών από τη ν ίδια τη ν εταιρεία. Άλλωστε όπως ανάφερε: "Αυτή είναι μια σημαντική ευκαιρία και για τους δυο να βελτιώσουν την ευελιξία της αυτοκινητοβιομηχανίας και
ξεκινήσουν τη σταδιακή ανάπτυξη του δικτύου ανεφοδιασμού". Οι υπεύθυνοι της εταιρείας στην Ευρώπη, δίνουν ένα χρονικό διάστημα δέκα ετών για την πλήρη ολοκλήρωση και ανάπτυξη αυτής της συνεργασίας, με αρχή το 2005, συνδυάζοντας τις προσπάθειες της ίδιας της αυτοκινητοβιομηχανίας, της επιστήμης και της πολιτικής. Σε επιλεγμένες ευρωπαϊκές πόλεις, που θα παίξουν δοκιμαστικό ρόλο, θα εγκατασταθούν σε αυτές σταθμοί ανεφοδιασμού, καθώς και σταθερές μονάδες που θα λειτουργούν με κυψέλες καυσίμου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και θερμικής ενέργειας για τη θέρμανση χώρων, εγκαταστάσεων κ.λπ. Με την παραγωγή, διάθεση και χρήση του υδρογόνου, τόσο σε σταθερές εγκαταστάσεις, όσο και σε κινούμενες εφαρμογές, καθώς και σε ιδιαίτερες εφαρμογές, όπως είναι η χρήση σε κυψέλες καυσίμου, όλες οι δυνατές χρήσεις του καυσίμου του μέλλοντος, του υδρογόνου, προσωπικά πιστεύω πως έτσι πρέπει να το χαρακτηρίζουμε, θα μπορούν να μελετηθούν και να ελεγχθούν. Έτσι λοιπόν, με τη διάθεση ορισμένων χρηματικών πόρων για την έναρξη αυτής της ανατττυξιακής πολιτικής, είναι δυνατόν μέχρι το 2010, σύμφωνα με το χρονοδιάγραμμα της Ευρωπαϊκής Ένωσης, να έχουν εξασφαλίσει την παραγωγή μερικών εκατοντάδων αυτοκινήτων που κινούνται με υδρογόνο. Η κολοσσιαία πρόοδος της General Motors και της Opel, όσον αφορά τις προσπάθειες και των, δυο προκειμένου να φέρουν την τεχνολογία των κυψελών καυσίμου στα αυτοκίνητα παραγωγής, είναι πιστεύω οφθαλμοφανής σε πολλούς από εμάς, που ίσως μας αρέσει να "ψαχνόμαστε" λίγο περισσότερο στο χώρο του αυτοκινήτου. Αξίζει, λοιπόν, να αναφέρω και πάλι τη μεγάλη πρόκληση που είχαν να αντιμετωπίσουν οι υπεύθυνοι αυτών των εταιρειών όταν αποφάσισαν να πραγματοποιήσουν τη "δοκιμασία" "Opel Fuel Cell Marathon" με την οποία κατάφεραν να αποδείξουν ότι το υδρογόνο, ως καύσιμο -καθώς και οι τεχνολογίες που σχετίζονται άμεσα με αυτό- μπορεί κάλλιστα να αντεπεξέλθει στις απαιτήσεις ενός σύγχρονου αυτοκινήτου, χωρίς να ζηλέψει κάτι από τα σημερινά συμβατικά αυτοκίνητα παραγωγής. Στη συγκεκριμένη δοκιμασία, κατάφεραν να διανύσουν με πλήρη επιτυχία 9.696 χιλιόμετρα με ένα Opel Zafira HydroGenS σε χρονικό διάστημα πεντέμισι εβδομάδων. Αυτό σήμαινε ότι όχι μόνο διπλασίασαν την απόσταση σε σχέση με τα αυτοκίνητα με κυψέλες καυσίμου προηγούμενης γενιάς, αλλά παράλληλα απέδειξαν την οδική καταλληλότητα και την αντοχή αυτής της πρωτοποριακής τεχνολογίας. Γιατί λοιπόν στο εγγύς μέλλον αυτοκίνητα σαν το HydroGenS να μην αποτελούν μοντέλα μιας ευρείας και επιτυχημένης γραμμής παραγωγής μιας αυτοκινητοβιομηχανίας; Δεδομένου, λοιπόν, ότι και οι δυο εταιρείες, η General Motors στην Ευρώπη και η Opel, έχουν διαγράψει μια επιτυχημένη πορεία στον τομέα της εξέλιξης και της χρήσης εναλλακτικών καυσίμων για την κίνηση των αυτοκινήτων τους, μια επικείμενη ανάτπυξη και εξάπλωση της τεχνολογίας και της χρήσης του υδρογόνου σε πολλές ευρωπαϊκές πόλεις, είναι κάτι που όλοι μας πρέπει να επικροτήσουμε και να στηρίξουμε με κάθε τρόπο. Όσον αφορά τώρα την πρόταση που κατέθεσε η GM στην Ευρωπαϊκή Επιτροπή προκειμένου να ανατπύξει το πρόγραμμα το οποίο έχει προτείνει, κατά τη γνώμη μου θα αποτελέσει την απαρχή για σημαντικές αλλαγές στο χώρο της αυτοκινητοβιομηχανίας. Αλλαγές οι οποίες σίγουρα θα βελτιώσουν την εξελικτική πορεία της αυτοκινητοβιομηχανίας και πάνω από όλα θα αποδείξουν ότι πέρα από τα συμβατικά καύσιμα και οχήματα υπάρχει πλήθος άλλων τεχνολογιών, που μπορούν να ανταγωνιστούν αυτά σε ένα πρώτο επίπεδο
φέρνοντας στην επιφάνεια πολλά πλεονεκτήματα από τη χρήση τους. Προστασία του περιβάλλοντος, καθαρότερα αυτοκίνητα, λύση στο μελλοντικό πρόβλημα της λεγόμενης πετρελαϊκής κρίσης, είναι ορισμένα από τα πλεονεκτήματα που θα μπορούσα να σας αναφέρω χάρη στη χρήση των εναλλακτικών καυσίμων και ειδικότερα του υδρογόνου, το οποίο πιστεύω πως, αν όχι σε 10 χρόνια που αναφέρει η GM, ίσως σε 15 ή και 20 χρόνια να αποτελεί ένα από τα βασικά καύσιμα για την κίνηση των αυτοκίνητων μας, αλλά και περαιτέρω μηχανικών εγκαταστάσεων για την παραγωγή ενέργειας κάθε μορφής. 2.BIODIESEL (ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ) 2.1. ΓΕΝΙΚΑ Το biodiesei είναι καύσιμο φυτικής κυρίως προ ελευσης, αντίθετα με το πετρελαϊκό diesei, που παράγεται από την διύληση του αργού πετρελαίου. Προέρχεται από την επεξεργασία φυτών αγροτικής παραγωγής όπως ελαιοκράμβη, ηλίανθο, σόγια, καλαμπόκι, ζαχαρότευλα, κ.α. Επιπλέον είναι δυνατή η παραγυόγή του από αχρηστα αγροτικά προϊόντα, όπως χρησιμοποιημένα φυτικά έλαια, διαφόρων ειδών σπόρους, ακόμη και ζωικά λίπη. Λεωφορείο που χρησιμοποιεί biodiesei σόγιας.
2.2 ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ BIODIESEL Το biodiesel είναι μια εναλλακτική λύση πετρελαίου - που βασίζεται σε ανανεώσιμους πόρους όπως φυτικά έλαια, ζωικά λίπη, ή άλγη. Χημικά, είναι καύσιμα ενός μίγματος από μόνο - αλκύλιους εστέρες της μακριάς σειράς των λιπαρών οξέων.η λιποεστέροποιηση είναι η διαδικασία παραγωγής που χρησιμοποιείται για να μετατρέπει το πετρέλαιο βάσεων στους επιθυμητούς εστέρες και αφαιρεί τα ελεύθερα λιπαρά οξέα. Μετά από αυτήν την επεξεργασία, αντίθετα από το ευθύ φυτικό έλαιο,το biodiesel έχει παρόμοιες ιδιότητες καύσης με το diesel πετρελαίου και μπορεί να το αντικαταστήσει στις περισσότερες σημερινές χρήσεις του. Παρ όλα αυτά συνηθίζεται ως πρόσθετο στο diesel πετρελαίου. Βελτιώνοντας τις ήδη χαμηλές λιπαντικές ιδιότητες του πετρελαίου. Είναι ο πιο πιθανός αντικαταστατής των ορυκτών καυσίμων σαν παγκόσμια πρωταρχική πηγή ενέργειας καθώς είναι ανανεώσιμο καύσιμο που μπορεί να αντικαταστήσει το diesel πετρελαίου στις σημερινές μηχανές και μπορεί να μεταφερθεί και να πωληθεί με τις υπάρχουσες υποδομές. Ένας αυξανόμενος αριθμός σταθμών καυσίμων καθιστά το biodiesel διαθέσιμο στους καταναλωτές και ένας αυξανόμενος αριθμός μεγάλων στόλων μεταφορών χρησιμοποιούν σε ορισμένη αναλογία το biodiesel στα καύσιμά τους. Το biodiesel είναι μη - εύφλεκτο, και σε αντίθεση με το diesel πετρελαίου είναι μη - εκρηκτική ύλη, με σημείο ανάφλεξης 150 C σε αντίθεση με τους 64 C του diesel πετρελαίου. Είναι ακόμη βιοδιασπώμενο και μη τοξικό, και αυτό μειώνει σημαντικά την ταξικές ουσίες και άλλες εκπομπές όταν καίγεται ως καύσιμα σε αντίθεση με το πετρέλαιο. Στην πιο κοινή μορφή του χρησιμοποιείται μεθανόλη για την παραγωγή μεθυλικοί εστέρες, εν τούτοις η αιθανόλη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παραγάγει ένα αιθυλικού αστέρα biodiesel. Ένα υποπροϊόν της εστεροποίησης είναι η παραγωγή της γλυκερίνη. Αυτήν την περίοδο, το biodiesel είναι ακριβότερο να παραχθεί από το diesel πετρελαίου και αυτός εμφανίζεται να είναι ο πρωταρχικός λόγος που του στερεί την ευρεία μετάδοση και χρήση του. Προς το παρών η παγκόσμια παραγωγή φυτικών ελαίων και ζωικών λιπών δεν επαρκεί για την αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων. Ορισμένες περιβαλλοντολογικές οργανώσεις όπως η NRDC (NATURAL RESOURCES DEFENCE COYNCIL) παρατηρούν τις μεγάλες δυνατότητες παραγωγής καλιεργειών με σκοπό την κάλυψη των αναγκών σε φυτικά έλαια. 2.2.2 Ιστορία Η εστεροποιηση του του φυτικου έλαιου διευθύνθηκε από το 1853 από τους επιστήμονες Ε. Duffy και J. Patrck, πολλά έτη πριν από την πρώτη diesel μηχανή γίνει λειτουργική από τον Rudolf Diesel. Ηταν
μια πρωτυπη μονοκυλυνδρη μηχανη 3 μέτρων η οποία μπορούσε να λειτουργεί με αυτόνομη ενεργεια για πρώτη φορά στο Augsburg της Γερμανίας στις 10 Αυγούστου, 1893. Στην ενθύμηση αυτού του γεγονότος, η 10 Αυγούστου έχει δηλωθεί διεθνής ημέρα biodiesel.0 Diesel επεδειξε αργότερα τη μηχανή του στην Παγκόσμια έκθεση στο Παρίσι της Γαλλία στα μέσα του 1898. Αυτή η μηχανή στάθηκε ως παράδειγμα του οράματος του diesel επειδή τροφοδοτήθηκε με λάδι φυστικιου ενα καυσίμο βιομαζας το οποίο δεν προσέγγιζε τοσο το biodiesel καθ ότι δεν ήταν εστεροποιημενο. Πίστευε πως τα βιοκαυσιμα θα ήταν το μέλλον της μηχανής του. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του '20, κατασκυαστές μηχανών \ diesel προσάρμοσαν τις μηχανές τους για να χρησιμοποιούν petrodiesel με χαμηλότερο ιξώδες παρά τα φυτικά έλαια, δηλαδη τα καύσιμα βιομαζών. Οι βιομηχανίες πετρελαίου ήταν σε θέση να κάνουν τις επιδρομές στις αγορές καυσίμων επειδή τα καύσιμά τους ήταν πολύ φτηνότερα για να παραγάγουν από την βιομάζα. Το αποτέλεσμα ήταν, για πολλά έτη, μια εξαφάνιση της υποδομής παραγωγής καυσίμων βιομαζών. Μόνο πρόσφατα με τις ανησυχίες περιβαλλοντικής επίδρασης και η αναγκη μείωσης του κοστους έκαναν το biodiesel μια αυξανόμενη εναλλακτική λύση. Στη δεκαετία του '90, Η Γαλλία προώθησε την τοπική παραγωγή των καυσίμων biodiesel (γνωστών τοπικά ως διεστέρας ) αποκτηθείσα από εστεροποιημενα φυτικά έλαια, με ανάμειξη 5% συνήθων καυσίμων και σε ποσοστό 30% στα καύσιμα diesel που χρησιμοποιούνται από μερικούς στόλους (δημόσια μεταφορά ). Η Ρεναυλτ, peugeot και άλλοι κατασκευαστές έχουν πιστοποιήσει μηχανές φορτηγών για τη χρήση αυτου του μερικού biodiesel. Τα πειράματα με το biodiesel 50% είναι εν εξελίξει. Από το 1978 ως το 1996 το ΗΠΑ Το εθνικό εργαστήριο ανανεώσιμης ενέργειασς πειραματίστηκε με τη χρησιμοποίηση άλγης ως πηγή biodiesel στο "υδρόβιο πρόγραμμα ειδών". Ένα πρόσφατο έγγραφο από τον michael Briggs σ' αυτή τη ομάδα biodiesel, εκτιμήσε προσφορεσ για την ρεαλιστική αντικατάσταση όλων των τροχαίων καυσίμων με το biodiesel με τη χρησιμοποίηση τω\/αλγών που έχει περιεκτικότητα μεγακυτερη από 50% σε φυσικό πετρέλαιο. 2.2.3 Η ποιότητα, τα πρότυπα και η ιδιότητες Το biodiesel είναι ένα καθαρό υποκίτρινο υγρό με ιξώδες παρόμοιο με petrodiesel (ο όρος βιομηχανίας για το diesel παραχθέν από πετρέλαιο). Ένα μεγάλο μέρος του κόσμου χρησιμοποιεί ένα σύστημα γνωστό ως το "παράγοντας του BD" για να δηλώνει το ποσό biodiesel σε οποιοδήποτε μίγμα καυσίμων, σε αντίθεση με σύστημα "ΒΑ" που χρησιμοποιείται για την ανάμειξη βιοαλκοολων. Για παράδειγμα η ανάμειξη biodiesel σε ποσοστο 20% μεταφράζεται σε BD20. Το διεθνες τυποποιημένο πρότυπό του biodiesel είναι το ISO 14214. Αλλο ένα διεθνές τυποποιημένο πρότυπό είναι το ASTM D 6751, το
οποίο είναι απο πιό κοινά πρότυπα που παρα:πέμπουη στις Ηνωμένες Πολιτείες. Στη Γερμανία, οι απαιτήσεις για τα biodiesels καθορίζονται στο DIN πρότυπό RME (μεθυλικός εστέρας συναπόσπορων, από τα προϊόντα χρησιμοποιημένα, σύμφωνα με το DIN Ε 51606). ΡΜΕ (φυτικός μεθυλικός εστέρας, καθαρα φυτικά προϊόντα, σύμφωνα με το DIN Ε 51606). ΕΜΕ (παχύς μεθυλικός εστέρας, φυτικά και ζωικά προϊόντα, σύμφωνα με το DIN Β 51606) Τα πρότυπα εξασφαλίζουν τους ακόλουθοους σημαντικοους παράγοντες στη διαδικασία παραγωγής καυσίμων:. πλήρης αντίδραση. αφαίρεση γλυκερίνης. αφαίρεση του καταλύτη. αφαίρεση του οινοττνεύματος. Απουσία ελεύθερων λιπαρεων οξέων. Οι βασικές βιομηχανικές δοκιμές για να δουν εάν το προϊόν προσαρμόζεται στα πρότυπα περιλαμβάνουν χαρακτηριστικά χρωματογραφία αερίου που ελέγχει μόνο το σημαντικότερο των ανώτερων μεταβλητών. Πληρέστερο κόστος δοκιμών κοστίζει περισσότερο. Το καύσιμο που συναντά τα ποιοτικά πρότυπα είναι πολύ μη τοξικό, με μια εκτίμηση τοξικότητας (LD50 ) μεγαλύτερου από 50 ml/kg. Το biodiesel μπορεί να αναμιχθεί με το diesel πετρελαίου σε οποιαδήποτε συγκέντρωση στις περισσότερες σύγχρονες μηχανές, αν και έχει το μειονέκτημα της υποβάθμισης των πλαστικών μερών και σωληνώσεων στα παλαιότερα οχήματα (πριν από 1992 ). Το biodiesel είναι ένας καλύτερος διαλύτης από petrodiesel και είναι γνωστό ότι διαλύει τις αποθέσεις του υπολείμματος στις γραμμές καυσίμων των οχημάτων που χρησιμοποιούν συνήθως πετρέλαιο. Τα φίλτρα καυσίμων μπορούν να φραξουν εάν γίνει αποτ(^μη αλλαγή σε biodiesel αλλα θα καθαριστούν στη διάρκεια της λειτουργειας Τα πλεονεκτήματα τογ Biodiesel είναι: το biodiesel περιέχει λιγότερους αρωματικούς υδρογονάνθρακες : benzofluoranthene: μείωση 56% benzopyrenes' μείωση 71%. αποβάλλει επίσης εκπομπές θείου επειδή το biodiesel δεν περιλαμβάνει το θείο. το biodiesel μειώνει κατά τουλάχιστον 65% την εκπομπή μορίων (μικρά μόρια των στερεών προϊόντων καύσης). το biodiesel μειώνει τις εκπομπές μονοξείδιου άνθρακα (CO) κατά περίπου 50% και διοξείδιου του άνθρακα κατά 78,45% σε καθαρή βάση επειδή ο άνθρακας στις εκπομπές biodiesel ανακυκλώνεται από τον άνθρακα που ήταν ήδη στη ατμόσφαιρα παρά την ύπαρξη ενός άνθρακα από το πετρέλαιο που διαχωρίστηκε στη γήινη κρούστα
TO biodiesel εκπεμπει μεγαλύτερες ποσότητες ΝΟχ από το petrodiesel, αλλά αυτές οι εκπομπές μπορεί να μειωθεί μέσω της χρήσης καταλυτικών μετατροπεών. Τα οχήματα Petrodiesel γενικά δεν έχουν περιλάβει τους καταλυτικούς μετατροπείς επειδή η περιεκτικότητα σε θείο σε εκείνα τα καύσιμα καταστρέφει τις συσκευές, αλλά το biodiesel δεν περιέχει το θείο. Η αύξηση σε NO χ εκπομπές μπορεί επίσης να οφείλεται στη υψηλότερη εκτίμηση δεκαεξανίου του biodiesel. Οι κατάλληλα σχεδιασμένες και συντονισμένες μηχανές μπορούν να αποβάλουν αυτήν την αύξηση. έχει έναν υψηλότερο βαθμό δεκαεξανίου από το petrodiesel, και επομένως αναφλέγεται γρηγορότερα όταν εγχέεται μηχανή. Το καθαρό biodiesel (BD100 ή Β100) μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οποιοδήποτε πετρέλαιο μηχανή diesel, αν και χρησιμοποιείται συχνότερα στις χαμηλότερες συγκεντρώσεις.
2.2.4. Παραγωγή Σόγια που μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία για να παραγάγει το biodiesel. Εικόνα από το εθνικό συμβούλιο biodiesel Ποικίλα βιολιπη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να παραγθει το biodiesel. Αυτοί περιλαμβάνουν:. συναπόσπορος και έλαια σόγιας χρησιμοποιούνται, συνηθέστερα εν τούτοις χρησιμοποιούνται και άλλες συγκομιδές όπως μουστάρδα, έλαιο φοινικών, κάνναβη και ακόμα και τα άλγη > φυτικό έλαιο αποβλήτων (WVO). ζώο λίπη συμπεριλαμβανομένου ζωικό λίπος, λαρδί, και κίτρινο λίπος. Πολλοί συνήγοροι προτείνουν ότι το φυτικό έλαιο άποβλήτων είναι η καλύτερη πηγή πετρελαίου για να παραγάγει το biodiesel. Εντούτοις, ο διαθέσιμος ανεφοδιασμός είναι δραστικά λιγότερος από το ποσό καυσίμων πετρέλαιου που καίγονται για τη μετακίνηση και οικιακή χρηση στον κόσμο. Σύμφωνα με Η αντιπροσωπεία προστασίας του περιβάλλοντος (ΕΡΑ), στις Ηνωμένες Πολιτείες εστιατόρια στις ΗΠΑ παράγουν περίπου 300 εκατομμύριο γαλόνια αποβλήτων του μαγειρικού ελαίου το χρονο Αν και είναι οικονομικά κερδοφόρο να χρησιμοποιηθεί W VO για να παραγάγει το biodiesel, είναι ακόμα πιό κερδοφόρο να μετατραπεί το WVO σε άλλα προϊόντα όπως σαπούνι. Ως εκ τούτου, το περισσότερο WVO που δεν πετιέται χρησιμοποιούνται για αυτούς τους άλλους λόγους. Τα ζωικά λίπη είναι ομοίως περιορισμένα στον ανεφοδιασμό, και δεν θα ήταν αποδοτικό να ανατραφούν τα ζώα απλά για το λίπος τους. Εντούτοις, η παραγωγή του biodiesel με το ζωικό λίπος που ειδάλλως θα είχε απορριφθεί θα
μπορούσε να αντικαταστήσει ένα μικρό ποσοστό της χρήσης diesel πετρελαίου.. Η κατ' εκτίμηση χρήση πετρελαίου θέρμανσης καυσίμων μεταφορών στις ΗΠΑ είναι περίπου 230.000 εκατομμύριο γαλόνια. (BRIGGS,2004). Τα αποβλήτα φυτικων έλαιων και τα ζωικά λίπη δεν θα ήταν αρκετά να ικανοποιήσουν αυτήν την απαίτηση. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, η κατ' εκτίμηση παραγωγή του φυτικού ελαίου για όλες τις χρήσεις είναι περίπου 23.600 εκατομμύριο λίβρες (12.000.000 Τ) και ζωικων λιπών στα 11,638 εκατομμύρια λίβρες. (VAN GERPEN,2004) Για μια αληθινά ανανεώσιμη πηγή πετρελαίου, οι συγκομιδές ή άλλες παρόμοιες πηγές θα έπρεπε να εξεταστούν. Τα φυτά χρησιμοποιούν τη φωτοσύνθεση για να μετατρέψουν την ηλιακή ενέργεια στη χημική. Είναι αυτή η χημική ενέργεια που το biodiesel αποθηκεύει και απελευθερώνεται όταν καίγεται. Επομένως τα φυτά μπορούν να προσφέρουν μια βιώσιμη πηγή πετρελαίου για την παραγωγή biodiesel. Διαφορετικά φυτά παράγουν το χρησιμοποιήσιμο πετρέλαιο στα διαφορετικά ποσοστά. Μερικές μελέτες έχουν παρουσιάσει ακόλουθη ετήσια παραγωγή: σόγια: 40 έως 50 ΗΠΑ GAL/acre (40 έως 50 m^/km^) μουστάρδα: 140 ΗΠΑ GAL/acre (130 m^/km^). συναπόσπορος: 110 έως 145 ΗΠΑ GAL/acre (100 έως 140 m"/km") έλαιο φοινικών: 650 ΗΠΑ GAL/acre (610 mvkm^) {http J/www.joumeytoforever. org/biodiesel_yield.html). άλγη: 10.000 έως 20.000 ΗΠΑ GAL/acre (10.000 έως 20.000 mvkm^) Πιο συγκεκριμένα έκθεση μιας ομάδας καθηγητών του Τ.Ε.Ι. Κρήτης και του Μεσογειακού Αγρονομικού Ινστιτούτου Χανίων παρουσιάζουν τα παρακάτω όσον αφορά την αξιοποίηση του χαρουπιού για την παραγωγή βιοαιθανόλης. 2.3 ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΧΑΡΟΥΠΙΟΥ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ [ Γ. Βουρδουμπάς (1), Δ. Μακρής (2), Π. Κεφάλας (2), Γ. Καλιακάτσος (1), Γ. Ναξάκης (2) ] (1) ΤΕΙ Κρήτης, Παράρτημα Χανίων Ρωμανού 3, Χαλέπα, 73133, Χανιά e-mail: gboyrd@tee.gr (2) Μεσογειακό Αγρονομικό Ινστιτούτο Χανίων Αγροκήπιο, 73100, Χανιά
To χαρούπι προϊόν της χαρουπιάς ενός αυτοφυούς δένδρου της Μεσογείου που φύεται σε ημιξηρικά και ημιάγονα εδάφη είναι πλούσιο σε σάκχαρα με περιεκτικότητα κατά μέσο όρο 40-50% κ.β. Τα σάκχαρα αυτά μπορούν να ζυμωθούν με ζύμη αρτοποιείου σε οινόττνευμα το οποίο διαχωριζόμενο με απόσταξη μπορεί να χρησιμεύσει σαν καύσιμο οχημάτων, υποκατάστατο της βενζίνης. Η ζύμωση επιτελείται γρήγορα, εντός 48 h σε συστήματα διαλείποντος έργου ενώ οι αποδόσεις είναι ικανοποιητικές. Η χαρουπιά μπορεί να καλλιεργηθεί κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις και ο καρπός της μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παραγωγή αιθανόλης εφόσον, βέβαια, τα οικονομικά μιας τέτοιας διεργασίας είναι ελκυστικά. 2.3.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η παραγωγή βιολογικών καυσίμων-βιοαιθανόλης και βιοντήζελ-από γεωργικές πρώτες ύλες έχει αρχίσει πρόσφατα να αναπτύσσεται στην Ευρωπαϊκή Ένωση έπειτα και από την ενθάρρυνση και τις Οικονομικές ενισχύσεις της κοινότητος. Εργοστάσια επεξεργασίας των τεύτλων και των σιτηρών για παραγωγή βιοαιθανόλης έχουν δημιουργηθεί στην Γαλλία και την Ισπανία ενώ εργοστάσια αξιοποίησης του κραμβέλαιου για παραγωγή βιοντήζελ υπάρχουν στην Γερμανία και αλλού. Η στροφή από τη διατροφική γεωργία στην Ενεργειακή γεωργία αναμένεται να ενταθεί τα προσεχή χρόνια ιδιαίτερα μετά τον περιορισμό των επιδοτήσεων της Κ.Α.Π. στην Ευρωπαϊκή γεωργία. Στην Ελλάδα ο τομέας της παραγωγής βιοκαυσίμων παρά τη γενικευμένη κρίση της Ελληνικής γεωργίας δεν έχει αναπτυχθεί ακόμη και το ενδιαφέρον περιορίζεται στην εκπόνηση μελετών και στη διενέργεια ερευνητικών προγραμμάτων. Όσον αφορά τη βιοαιθανόλη έχει γίνει πειραματική διερεύνηση της παραγωγής της από γλυκό σόργο ενώ σήμερα στα πλαίσια του κοινοτικού προγράμματος ALTEf^ER γίνεται η διερεύνηση της παραγωγή της από το χαρούπι. Στον πίνακα 1 φαίνεται η παραγωγή των βιολογικών καυσίμων σήμερα στην Ε.Ε. Ο Roukas, Τ. (1, 2, 3) έχει ερευνήσει εκτενέστατα διάφορες τεχνικές (συνεχους,διαλειποντος έργου κ.αλ.) σε εργαστηριακή κλίμακα για τη παραγωγή αιθανόλης από το χαρούπι, και έχει υπολογίσει τις κινητικές παραμέτρους και τις αποδόσεις στις περιπτώσεις αυτές. Εξάλλου ο Γ. Βουρδουμπάς (4) και οι Vourdoumbas, J. και Kaliakatsos, J. (5) έχουν αναφερθεί στη παραγωγή αιθανόλης από το χαρούπι. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΤΗΝ Ε.Ε. - 2000 (ΤΝ)
I Χώρα Αιθανόλη Βιοντήζελ Γαλλία 91.000 328.600 Ισπανία 80.000 Σουηδία 20.000 Γερμανία 246.000 Ιταλία - 78.000 Αυστρία 27.600 Βέλγιο 20.000 ΣΥΝΟΛΟ 191.000 700.200 Πίνακας 1 2.3.2. Η ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΤΗΣ ΧΑΡΟΥΠΙΑΣ Η χαρουπιά φύεται από την αρχαιότητα στην Λεκάνη της Μεσογείου, ιδιαίτερα σε μέρη με ήπιο και ξηρό κλίμα και σε φτωχά εδάφη. Εκτός από τη λεκάνη της Μεσογείου η χαρουπιά φύεται και σε περιοχές με κλίμα παρόμοιο με το Μεσογειακό όπως σε περιοχές των Η.Π.Α., π.χ.: Καλιφόρνια, σε περιοχές της Νοτίου Αμερικής, Αυστραλίας, Ινδιών, κ. αλ. Η παγκόσμια παραγωγή σήμερα υπολογίζεται σε 310.000 τν ετησίως, ενώ η χαρουπιά φύεται σε περίπου 2,000,000 στρέμματα και η αποδοτικότητα του δένδρου σε παραγωγή καρπού ποικίλει εξαρτώμενη από πολλούς παράγοντες. Η μεγαλύτερη ποσότητα χαρουπιού παράγεται σήμερα την Ισπανία(135.000 τόννοι ετησίως) ενώ αξιόλογες ποσότητες παράγονται και στην Ιταλία, Πορτογαλία, Μαρόκο, Ελλάδα, Κύπρο, Τουρκία, κ. αλ. Η παραγωγικότητα σε καρπό της χαρουπιάς ποικίλει και κυμαίνεται από 150-200 κιλά ανά στρέμμα σε αραιά φυτεμένα και χωρίς φροντίδα δένδρα μέχρι 1200 κιλά ανά στρέμμα σε καλλιεργούμενα και αρδευόμενα δένδρα στο Ισραήλ. Το δένδρο της χαρουπιάς αργεί να κάνει καρπούς. Σε δένδρα )0 ετών και σε μη αρδευόμενες φυτείες αλλά με ετήσιες βροχοπτώσεις 500-600 χλς ανά έτος, η παραγωγή 500-750 κιλών καρπού ετησίως ανά στρέμμα έχει αναφερθεί. Υπολογίζεται ότι το 1998, η παραγωγή χαρουπιού στη Κρήτη ανήλθε σε περίπου 15.000 τν αλά με τάσεις φθίνουσες. Η τιμή του χαρουπιού κυμαίνεται σήμερα σε περίπου 0,2 Ευρώ ανά κιλό. 2.3.3. ΣΥΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΧΡΗΣΕΙΣ ΧΑΡΟΥΠΙΟΥ Ο καρπός του χαρουπιού αποτελείται από τη ψύχα 90-92% κ.β. και τους σπόρους 8-10% κ.β. Η ψύχα περιέχει σημαντικές ποσότητες σακχάρων κυρίως γλυκόζη, σουκρόζη και φρουκτόζη. Στο πίνακα 2 φαίνεται η ποσοστιαία (%) σύσταση της ψύχας του χαρουπιού.
ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΨΥΧΑΣ ΤΟΥ ΧΑΡΟΥΠΙΟΥ (%) Γλυκόζη Φρουκτόζη Τανίνες Μη Αμυλούχα ττολυσακχαρίδια Στάκτη Λίπη Πίνακας 2 Ο σπόρος του χαρουπιού είναι πλούσιος σε πολυσακχαρίδια και κυρίως σε γαλακτομανάνες. Η κύρια χρήση της ψύχας του χαρουπιού είναι για ζωοτροφή. Έχει χρησιμοποιηθεί επίσης για τη παρασκευή σακχαρούχου σιροπιού καθώς και αναψυκτικών. Σε περιόδους πείνας το χαρούπι χρησίμευσε και για ανθρώπινη τροφή. Η ψύχα έχει χρησιμοποιηθεί επίσης και για παραγωγή αιθανόλης. Ο σπόρος του χαρουπιού έχει σήμερα μεγαλύτερη αξία από τη ψύχα και χρησιμοποιείται στη φαρμακευτική βιομηχανία, στην βιομηχανία καταναλωτικών προϊόντων, στην βιομηχανία τροφίμων, κ. αλ. Στη Κρήτη υπάρχουν σήμερα 10 μικρές βιοτεχνίες επεξεργασίας χαρουπιού που βρίσκονται: 1 στο Ν. Χανίων, 3 στο Ν. Ρεθύμνης, 5 στο Ν. Ηρακλείου και 1 στο Ν. Λασιθίου. Στις βιοτεχνίες αυτές προσκομίζεται ο καρπός μετά τη συλλογή του όπου αλέθεται και διαχωρίζεται η ψύχα από το σπόρο. Ο σπόρος συνήθως πωλείται σε μία βιομηχανία επεξεργασίας του ενώ η ψύχα διατίθεται για ζωοτροφή στους κτηνοτρόφους της περιοχής (όπου χορηγείται είτε αυτούσια είτε κατόπιν ανάμιξης με άλλες ζωοτροφές). 2.3.4. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΑΠΟ ΤΗ ΨΥΧΑ ΤΟΥ ΧΑΡΟΥΠΙΟΥ Η διαδικασία παραγωγής αιθανόλης από τη ψύχα του χαρουπιού γίνεται σε διάφορα στάδια που περιλαμβάνουν: α) Την εκχύλιση των σακχάρων από τη ψύχα και την δημιουργία υδατικού διαλύματος β) Τη ζύμωση του σακχαρούχου διαλύματος με το μύκητα Saccharomyces Cerevisiae γ) Την κλασματική απόσταξη του ζυμωθέντος διαλύματος όπου σε πρώτο στάδιο παράγεται αζεοτροπικό μίγμα αιθανόλης 95.6%. Ακολουθεί περαιτέρω αφυδάτωση του αζεοτροπικού μίγματος οπού παράγεται τελικά καθαρή αιθανόλη (99.7%) και η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν καύσιμο.
2.3.5. ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΤΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΑΠΟ ΤΟ ΧΑΡΟΥΠΙ Κατά τη διάρκεια ερευνητικού προγράμματος που χρηματοδοτήθηκε από την Ε.Ε. στα πλαίσια της πρωτοβουλίας ALTENER διερευνήθησαν ορισμένες παράμετροι της διεργασίας παραγωγής αιθανόλης από τη ψύχα του χαρουπιού. Πιο συγκεκριμένα, α) Όσον αφορά την εκχύλιση των σακχάρων του χαρουπιού από τη ψύχα βρέθηκε ότι η καλύτερη απόδοση εκχύλισης επιτυγχάνεται με θερμό νερό θερμοκρασίας 70 C και για ανάμιξη με τη ψύχα 2 h. Στη θερμοκρασία αυτή το μεγαλύτερο μέρος της σουκρόζης υδρολύεται σε γλυκόζη και φρουκτόζη. Μετά το πέρας της εκχύλισης και τη λήψη του υδατικού σακχαρούχου διαλύματος παραμένει ένα ημιστερεό υπόλειμμα με υψηλή υγρασία που έχει τα εξής χαρακτηριστικά του πίνακα 3: ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΗΜΙΣΤΕΡΕΟΥ ΥΠΟΛΕΙΜΜΑΤΟΣ ΠΟΥ ΠΑΡΑΜΕΝΕΙ ΜΕΤΑ ΤΗΝ ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΜΕ ΝΕΡΟ ΤΩΝ ΣΑΚΧΑΡΩΝ ΤΗΣ ΨΥΧΑΣ ΤΟΥ ΧΑΡΟΥΠΙΟΥ (σε ξηρή βάση) θερμογόνο δύναμη 4530 Kcal/Kg C - Άνθρακας 77,18% 0 - Οξυγόνο 8,41 % Η - Υδρογόνο 9,27 % Ν - Άζωτο 2,09 % S - Θείο 0,05 % " Τέφρα 3,00 % Πίνακας 3 β) Όσον αφορά τη ζύμωση του σακχαρούχου υδατικού διαλύματος με Saccharomyces Serevisiae σε μη ασηπτικές συνθήκες (χωρίς προηγούμενη αποστείρωση του διαλύματος) και σε σύστημα διαλείποντος έργου, βρέθηκαν τα εξής: Σε θερμοκρασίες 25-30 C, η απόδοση σε αιθανόλη κυμαινόταν σε 32,7-36,4 γρ. αιθανόλης ανά γρ. σακχάρων ενώ ο βαθμός
αξιοποίησης των σακχάρων ήταν 98,2%. Ένα μέρος των σακχάρων χρησιμοποιείτο για τον ενδογενή μεταβολισμό και το πολλαπλασιασμό των ζυμών και ένα άλλο μετατρεπόταν σε αιθανόλη. Οι αρχικές συγκεντρώσεις του σακχαρούχου διαλύματος κυμαινόταν σε 100-200 γρ/λτ, η ποσότητα των μυκήτων εμβολιασμού ήταν 0,1% και οι επιτυγχανόμενες αποδόσεις ήταν ΙΟ Ι 1,7 γρ. αιθανόλης ανά 100 γρ. ψύχας χαρουπιού. γ) Όσον αφορά την κλασματική απόσταξη του οινοττνεύματος από το ζυμωθέν διάλυμα η τεχνολογία είναι παλιά και γνωστή. Το παραγόμενο αζεοτροπικό μίγμα αιθανόλης περιέχει μικρά ποσοστά νερού, το οποίο θα πρέπει να απομακρυνθεί για τη χρήση της αιθανόλης σαν καύσιμο. Η απομάκρυνση του νερού μπορεί να επιτευχθεί είτε με περαιτέρω αζεοτροπική απόσταξη είτε με άλλη μέθοδο διαχωρισμού. 2.3.6. ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Το κόστος παραγωγής αιθανόλης από το χαρούπι εξαρτάται από διάφορους παράγοντες μεταξύ των οποίων είναι: α) Η παραγωγικότητα της φυτείας της χαρουπιάς β) Η συγκέντρωση σακχάρων της ψύχας του χαρουπιού γ) Η απόδοση της ζύμωσης του σακχαρούχου διαλύματος του χαρουπιού δ) Το κόστος της πρώτης ύλης Στο πίνακα 4 φαίνεται η παραγωγή αιθανόλης από διάφορες γεωργικές πρώτες ύλες μεταξύ των οποίων και το χαρούπι. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΑΠΟ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΓΕΩΡΓΙΚΕΣ ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ ΠΡΩΤΗ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΟΤΗΤΑ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΥΛΗ (ΤΝ/ΕΚΤΑΡΙΟ) ΣΑΚΧΑΡΩΝ ΑΙΘΑΝΟΛΗΣ (%) (LT/TN) (LT/EKTAPIO) 40-50 16 90-100 3800- \ευτλα 4800 Σακχαροκάλαμο 7000 Καλαμπόκι 3000 50-100 13 60-80 3500-4-8 60 360-400 1500- Σιτάρι 2-9 62 ' 370-420 740^
3800 Σόργο 4-15 70 330-370 1480-6300 Χαρούπι 8-10 45 150 1380 Πίνακας 4 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 1. Η υψηλή συγκέντρωση του χαρουπιού σε σάκχαρα δίδει τη δυνατότητα χρησιμοποίησης του σαν πρώτη ύλη παραγωγής βιοαιθανόλης. Βέβαια, αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να υπάρξει αντιστροφή της σημερινής τάσης δηλαδή της μείωσης της καλλιέργειας της χαρουπιάς στην Ελλάδα. 2. Η τεχνολογία παραγωγής βιοαιθανόλης από το χαρούπι είναι απλή και περιλαμβάνει τρία βασικά στάδια: a) Την εκχύλιση των σακχάρων από τη ψύχα του χαρουπιού b) Την ζύμωση του σακχαρούχου διαλύματος ο) Το διαχωρισμό της παραχθείσης αιθανόλης 3. Η απόδοση του χαρουπιού σε αιθανόλη είναι μάλλον χαμηλή σε σχέση με άλλες σακχαρούχες ή αμυλούχες γεωργικές πρώτες ύλες. Αυτό σε συνδυασμό με την σχετικά υψηλή τιμή της πρώτης ύλης κάνει αμφίβολη στο μέλλον την οικονομική βιωσιμότητα μιας διεργασίας παραγωγής βιοαιθανόλης από το χαρούπι.
3.ΤΟ BIODIESEL ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ κηνητήρας αυτοκινήτου ττου χρησιμοποιεί biodiesel. 3.1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΑΛΚΟΟΛΕΣ Οι αλκοόλες είναι καύσιμα της οικογένειας ΟΞΥΓΟΝΩΝ. Όπως είναι γνωστό σε όλους, το μόριο της αλκοόλης έχει ένα ή περισσότερα οξυγόνα, τα οποία συμβάλλουν στην καύση. Οι αλκοόλες παίρνουν την ονομασία τους αναλόγα με τα βασικά μόρια του υδρογονάνθρακα που προέρχονται όπως: Μεθανόλη (CH 3 ΟΗ) Αιθανόλη (C 2 Η s OH) Προπανόλη (C 3 Η / ΟΗ) Βουτανόλη (C 4 Η g ΟΗ). Θεωρητικά, οποιαδήποτε από τα οργανικά μόρια της οικογένειας των αλκοολών μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο. Ο κατάλογος είναι κάπως πιό εκτενής, εντούτοις, μόνο δύο από τις αλκοόλες είναι τεχνικά και οικονομικά κατάλληλες ως καύσιμα για τις μηχανές εσωτερικής καύσης. Αυτές οι αλκοόλες είναι απο τις πιο απλά μοριακά δομημένες δηλ., της μεθανόλης και της αιθανόλης. -Η αιθανόλη παράγεται από τη βιομάζα,/που αποτελείται από ποικίλες οργανικές ουσίες, πλήρως φιλικές προς το περιβάλλον.
3.1.2 ΑΛΚΟΟΛΕΣ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΑ ΜΗΧΑΝΩΝ Η βενζίνη είναι ένα σύνθετο μίγμα ουσιών υδρογονανθράκων που περιλαμβάνει άτομα υδρογόνου και άνθρακα. Αυτοί οι υδρογονάνθρακες μπορούν να εμφανιστούν σε όλες τις μορφές (ως αέριο, υγρό, ή στερεό), αλλά εμείς ενδιαφερόμαστε για τα καύσιμα στην Υγρή κατάσταση τους. Για να παραχθούν τα διάφορα καύσιμα υδρογονανθράκων, η βιομηχανία καθαρίζει μόνο το ακατέργαστο πετρέλαιο (που είναι αποτέλεσμα γεωλογικών και βιολογικών κύκλων) και επιτυγχάνεται το επιθυμητό προϊόν σε μια ορισμένη θερμοκρασία και πίεση. Ως εκ τούτου υπάρχουν τα ελαφρύτερα, αεριώδη καύσιμα όπως το βουτάνιο, το προπάνιο, και το αιθάνιο, τα υγρά όπως το οκτάνιο, το πεντάνιο, και το εξάνιο, τα βαρύτερα, ελαιούχα υγρά όπως η κηροζίνη και τέλος τα κεριά και τα στερεά. Η βενζίνη όπως ξέρουμε είναι ένας συνδυασμός οκτανίου, βενζολίου, τολουολίου, διάφορων άλλων αρωματικών ουσιών, τετρααιθυλικού μολύβδου, απορρυπαντικών και ενώσεων του θείου, του φωσφόρου, και του βορίου. Λόγω αυτού του σύνθετου μίγματος συστατικών - και επειδή οι εγκαταστάσεις καθαρισμού ποικίλλουν,το μίγμα για να προσαρμοστεί στις κλιματολογικές και εποχιακές αλλαγές, καθώς επίσης και στο υψόμετρο - είναι δύσκολο^ να επιλεγεί ένα "αντιπροσωπευτικό" δείγμα της βενζίνης για λόγους σύγκρισης. Οι αλκοόλες, αφ' ετέρου, πρέπει να παράγονται στην περίπτωσή μας, μέσω των διαδικασιών ζύμωσης και απόσταξης. Λόγω των βημάτων που περιλαμβάνονται στην κατασκευή της, η αλκοόλη είναι πάντα ακριβότερη από τη βενζίνη στα προϊόντα. Αλλά τώρα, με τις ελαττωμένες προμήθειες ακατέργαστου πετρελαίου, η τιμή της βενζίνης ανεβαίνει στα ύψη και σύντομα η βενζίνη θα πρέπει πιθανώς να κατασκευαστεί συνθετικά, με κόστος πολύ μεγαλύτερο - δεδομένου ότι η διαδικασία παραγωγής είναι πιό περίπλοκη από αυτότωναλκοόλών.
Οι ενώσεις αλκοολών είναι επίσης υδρογονάνθρακες αλλά στις αλκοόλες, ένα από τα άτομα υδρογόνου έχει αντικατασταθεί από μια ρίζα υδροξυλίου (ως εκ τούτου το σύμβολο ΟΗ), η οποία είναι ένα άτομο οξυγόνου που συνδέεται με ένα άτομο υδρογόνου.οι αλκοόλες, επίσης, λαμβάνουν πολλές μορφές και έχουν διάφορα επίπεδα πολυπλοκότητας, αλλά ενδιαφερόμαστε κυρίως για την αιθανόληκαιτη μεθανόλη. Αυτές οι δυο αλκοόλες είναι οι μόνες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν πρακτικά ως καύσιμα, η αιθανόλη είναι οικονομικότερα εφικτή σε μικρή κλίμακα. (Η πρώτη ύλη που χρησιμοποιείται για να κάνει τη μεθανόλη - ξύλινα τσιπ, απορρίματα, ή θέμα κυτταρίνης - είναι σχετικά ανέξοδη, αλλά η διαδικασία κατασκευής της είναι οικονομική μόνο σε βιομηχανικό επίπεδο.) Επιφανειακά, η διαφορές μεταξύ των αλκοολών και της βενζίνης μπορούν να χαρακτηριστούν δευτερεύουσας σημασίας: Οι αλκοόλες περιέχουν οξυγόνο, ενώ η βενζίνη όχι. Στην πραγματικότητα, εντούτοις, οι ανομοιότητες είναι πολύ πιό σύνθετες από αυτή. Επιπλέον, κάτω από τη συμπίεση - όπως συμβαίνει στον θάλαμο καύσης μιας μηχανής -τα πράγματα είναι ακόμη πιό περίπλοκα. Ανεξάρτητα από τις έμφυτες διαφορές μεταξύ της βενζίνης και των αλκοολών, το γεγονός είναι ότι οι αλκοόλες κάνουν για ιδανικά καύσιμα μηχανών. Η πρώτη πρακτική μηχανή εσωτερικής καύσεως - που κατοχυρώνεται με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από το Nikolaus Otto το 1877 - χρησιμοποιούσε αλκοόλη ως καύσιμο(η βενζίνη δεν είχε ανακαλυφθεί ακόμα), το προτότυπο μοντέλο της FORD, που παρήχθη από το 1928 ως το 1931, είχε ως σκοπό να κάψει ποικιλία καυσίμων,ένα από αυτά ήταν και οι αλκοόλες.επιπλέον, τα φορτηγά Studebaker που κατασκευάστηκαν για την εξαγωγή στη δεκαετία του '30 (και τα διάφορα εσωτερικά τρακτέρ που πωλούνται και στις ΗΠΑ και στο εξωτερικό) προσφέρθηκαν είτε με βενζινομηχανές είτε με συστήματα καύσης αλκοόλης. (Πράγματι, στην έναρξη της "μηχανοποιημένης εποχής", η χρήση των αλκοόλών ήταν εξίσου- εάν όχι πιό διαδεδομένη- από τα άλλα καύσιμα. Αλλά με το πέρασμα του χρόνου, η βιομηχανία πετρελαίου οργανώθηκε και ισχυροποιήθηκε έναντι στους ανεξάρτητους
βασισμένους παραγωγούς αλκοολών οι οποίοι πιέστηκαν επιτυχώς για τη χονδρική χρήση των "ανώτερων" καυσίμων βενζίνης.αρκετά παράξενα, στις περιοχές όπου το πετρέλαιο έπρεπε να εισαχθεί αποκλειστικά, ή κατά τη διάρκεια του χρόνου του πολέμου όταν διανεμήθηκαν οι προμήθειες βενζίνης, οι αλκοόλες έγιναν ξαφνικά άριστα καύσιμα μηχανών πάλι και υπό αυτήν τη μορφή από τους διανομείς πετρελαίου που τα πωλούσαν! Οι αλκοόλες έχουν τα χαρακτηριστικά που τις κάνουν φυσικά καύσιμα μηχανών: 1) έχουν υψηλή περιεκτικότητα "οκτανίου",δίνοντας τους πολύ καλές αντικροτικες ιδιότητες που αποτρέπει την κρουστική καύση (πυράκια) σε συνθήκες υπό φορτίο, 2 )η καύση τους είναι καθαρή και έτσι όχι μόνο οι επιβλαβείς εκπομπές ρύπων μειώνονται δραστικά, αλλά και απομακρύνονται από τα εσωτερικά μέρη της μηχανής οι καταθέσεις του άνθρακα που δεν ενισχύονται εφ' όσον χρησιμοποιούνται οι αλκοόλες ως καύσιμο 3) μια μηχανή καύσης αλκοόλης ψύχεται πιο εύκολα από ότι ένας βενζινοκηνητήρας αντίστοιχός της, επεκτείνοντας κατά συνέπεια τη ζωή της μηχανής και μειώνοντας την πιθανότητα υπερθέρμανσης. Σε αυτό το σημείο, μπορούμε να απαριθμήσουμε ακριβώς πώς αυτά και άλλα χαρακτηριστικά των αλκοολών έχουν επιπτώσεις στην απόδοση μηχανών. 3.2 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΤΩΝ ΑΛΚΟΟΛΩΝ: Α. Η μεθανόλη παράγεται με διάφορες διαδικασίες από τις οποίες οι πιό κοινές είναι οι ακόλουθες: Απόσταξη του ξύλου,απόσταξη του άνθρακα,από φυσικό αέριο και από αέριο πετρελαίου. Β. Η αιθανόλη παράγεται κυρίως από το μετασχηματισμό βιομαζών, ή βιομετατροπών. Μπορεί επίσης να παραχθεί με σύνθεση από το πετρέλαιο ή τον ορυκτό άνθρακα.
ΑΝΑΛΥΤΙΚΑ α) Παραγωγή και χρήση της αιθανόλης - Επιλογή μεταξύ της αιθανόλης από φυτά και της συνθετικής αιθανόλης Η αιθανόλη παράγεται σήμερα με δύο ξεχωριστούς τρόπους. Ως προϊόν σύνθεσης από αιθυλένιο που παρασκευάζεται από υδρογονάνθρακες και ως προϊόν ζύμωσης φυτών πλούσιων σε σάκχαρα ή άμυλο. Στην ΕΟΚ, όπου το σύνολο της παραγωγής αιθανόλης προορίζεται σήμερα για τη βιομηχανία, συμπεριλαμβανομένης και της βιομηχανίας τροφίμων, η συνολική παραγωγή, το 1980, έφθασε τα 14,5 εκατ. εκατόλιτρα καθαρής αλκοόλης, από την οποία ποσοστό 62% προερχόταν από ζυμώσεις και το 38% από συνθετική αιθανόλη. Τιμή της αιθανόλης στις χώρες της ΕΟΚ Σεμπτέμβρης1982 (σε γαλλικά φράγκα ανά 100 λίτρα καθαρής αλκοόλης) Χώρα Από ζυμώσεις Συνθετική Γαλλία 297-446 271 Γερμανία 320-350 310-330 i Βρετανία 280-330 270-320! Ιταλία 285-345 2^80-300 Ολλανδία 300-350 300-320 Βέλγιο 300-330 300-320 Δανία 320-350 290-310 Τρίτες 240-270 χώρες Πηγή:Ε. Marchal, MercurialesAlcool, BiomasseActualites Paris October 1982.