Βιοκαύσιµα 2 ης Γενιάς Στέλλα Μπεζεργιάννη ΕΚΕΤΑ Ινστιτούτο Τεχνικής Χηµικών ιεργασιών (ΙΤΧΗ ) Εργαστήριο Περιβαλλοντικών Καυσίµων & Υδρογονανθράκων
Βιοµάζα και Βιοκαύσιµα 2 ης Γενιάς Τι είναι βιοµάζα; Βιοκαύσιµα 2 ης Γενιάς Βιοδιυλιστήριο Βιοκαύσιµα και Περιβάλλον Ανάλυση κύκλου ζωής (LCA) Αξιολόγηση Εναλλακτικών Καυσίµων Θέρµανσης
Η αναλογία C / H Βιοντίζελ Βιοαιθανόλη H C 1 H 4 Υδρογόνο C 1 H 2 Φυσικό αέριο Ελάττωση εκποµπών CO 2 C 1.5 H 1 Πετρέλαιο Άνθρακας Βενζίνη Ντίζελ
Τι είναι Βιοµάζα; Το βιοαποικοδοµήσιµο µέρος των προϊόντων, αποβλήτων και υπολειµµάτων που προέρχονται από τη γεωργία, τη δασοκοµία, τις βιοµηχανίες και τα αστικά απόβλητα «Ενεργειακά» φυτά» Ελαιοκράµβη, ηλίανθος, καλαµπόκι, βαµβάκι, σόγια, γλυκόσοργο, ζαχαρότευτλο κτλ Λιγνοκυτταρικό υλικό» Χαρτοπολτός, δασικά υπολείµµατα κτλ Ζωικά λίπη Αστικά και αγροτικά απόβλητα Χρησιµοποιηµένα φυτικά έλαια...
Βιοκαύσιµα εύτερης Γενιάς Ονοµασία Οδηγία ΕΕ ιεργασία Fischer-Tropsch Βιοντίζελ Συνθετικό βιοκαύσιµο Εξαέρωση, wgs, σύνθεση, υδρογονοπυρόλυση Μεθανόλη Βιοµεθανόλη Εξαέρωση, wgs, σύνθεση MTBE Βιο-ΜΤΒΕ Σύνθεση DME Βιοδιµεθυλαιθέρας Εξαέρωση, wgs, σύνθεση Αλκοόλη από αέριο σύνθεσης Συνθετικό βιοκαύσιµο Εξαέρωση, σύνθεση Φυσικό αέριο από αέριο σύνθεσης Βιοαέριο Εξαέρωση, wgs, σύνθεση, αποµάκρυνση CO 2 -H 2 O Υδρογόνο από αέριο σύνθεσης Βιουδρογόνο Εξαέρωση, wgs, αποµάκρυνση CO 2 Αιθανόλη από κυτταρίνη Βιοαιθανόλη Υδρόλυση, Ζύµωση, απόσταξη HTU ντίζελ Συνθετικό βιοκαύσιµο HTU, HDO, διύλιση Ντίζελ πυρόλυσης Συνθετικό βιοκαύσιµο Πυρόλυση, HDO, διύλιση Συνθετικό φυσικό αέριο Βιοαέριο Εξαέρωση wgs: water-gas shift CO + H 2O H + 2 CO2 HTU: Hydro-thermal upgrading HDO: catalytic hydro-de-oxygenation
Βιοκαύσιµα @ ΙΤΧΗ /ΕΚΕΤΑ Αξιολόγηση βιοµάζας Πιλοτικές διεργασίες Ανάπτυξη διεργασιών 5 Αξιολόγηση καταλυτών Activity 0 4 Condition
Παραγωγή Βιοκαυσίµων 2 ης Γενιάς Καταλυτική πυρόλυση βιοµάζας για παραγωγή βιοελαίου Αντιδραστήρας ρευστοστερεάς κλίνης Παραγωγή αερίων, υγρών και στερεών καυσίµων Σύνθεση Fischer-Tropsch Εξαέρωση βιοµάζας και παραγωγή αερίου σύνθεσης» Λιγνοκυτταρικό υλικό, τρίµµατα ξύλου Αντίδραση Fischer Tropsch τουαερίουσύνθεσηςγιαπαραγωγήft-κηρού Υδρογονοπυρόλυση ή καταλυτική πυρόλυση για παραγωγή FT-καυσίµων Αναβάθµιση Καύσιµα & χηµικά Βιοµάζα Αεριοποίηση Πυρόλυση Βιοαέριο σύνθεσης Βιοέλαιο Σύνθεση καυσίµων Αναβάθµιση Παραγωγή ενέργειας & θερµ ότητας
Fischer-Tropsch Βιοντίζελ
ιεργασία Παραγωγής FT-Καυσίµων ιεργασία BTL Αεριοποίηση βιοµάζας και παραγωγή βιοαερίου σύνθεσης» Λιγνοκυτταρινικό υλικό, κοµµάτια ξύλου, απορρίµµατα, κτλ» Fischer-Tropsch (FT) αντίδραση του αερίου σύνθεσης για παραγωγή FT-κηρού Υδρογονοπυρόλυση για παραγωγή FTκαυσίµων Πρωτοποριακά βιοκαύσιµα Βελτιωµένα χαρακτηριστικά Ευέλικτη διεργασία παραγωγής βιοκαυσίµων Βιοµάζα Αέρας Fischer-Tropsch Αντιδραστήρας NTV Πυρόλυση Βιοαέριο σύνθεσης FT κηρός NTV αέριο κοκ υπόλειµµα Σταθεροποιητής Αεροποιητής C 1 -C 4 BTL Biomass To Liquid Καθαρισµός Αποθείωση (προσρόφηση) Υδρογονοπυρόλυση BTL καύσιµα
Αντίδραση Fischer-Tropsch Μετατροπή αερίου σύνθεσης (CO+H2) σε αλιφατικούς υδρογονάνθρακες (C x H y ) χρησιµοποιώντας καταλύτη Fe ή Co + H 2 CH 2 Αναλογία H 2 /CO = 2 CO 2 ( ) + H 2O Ρυθµιστική αντίδραση WGS (Water Gas Shift) για αναλογία H 2 /CO < 2 CO + H + 2O CO2 H 2 200-250 o C, 25-60 atm Ανάλογα µε τις συνθήκες λειτουργίας και τον καταλύτη, η αντίδραση FT δίνει τα παρακάτω προϊόντα:» LPG (C 1 -C 4 )» Νάφθα (C 5 -C 11 )» Ντίζελ (C 9 -C 20 )» Κηρός (>C 20 ) 95%
Αναβάθµιση Κηρού Υδρογονοπυρόλυση Πιλοτική µονάδα για αναβάθµιση FT-κηρού σε FT-καύσιµα Πλήρως αυτοµατοποιηµένη µονάδα Προσδιορισµός βέλτιστων καταλυτών και συνθηκών λειτουργίας για παραγωγή BTL-ντίζελ Εµπορικοί καταλύτες Τ, P, LHSV, αναλογία υδρογόνου-κηρού Παραγωγή συγκεκριµένης ποσότητας BTL-βιοκαυσίµων για δοκιµές σε µηχανές εσωτερικής καύσεως Ερευνητικό πρόγραµµα ΕΚ σε συνεργασία µε ευρωπαϊκές αυτοκινητοβιοµηχανίες, πετρελαϊκές βιοµηχανίες, ερευνητικά κέντρα
Υδρογονοπυρόλυση Κηρού Abundance 2000000 1800000 1600000 1400000 1200000 1000000 800000 FT-κηρός Υψηλή περιεκτικότητα σε παραφινικές ενώσεις C 20 -C 45 Φυσικοχηµικά χαρακτηριστικά» API = 45.26» s.g. = 0.8» S = 3.9ppm» Ιξώδες = 2.25 cst C 20 C 40 FT-καύσιµα ιάφοροι τύποι καυσίµων ΒTL νάφθα (80-150 C) BTL κηροζίνη (150-200 C) ΒΤL ντίζελ (200-320 C) Στόχος η βελτιστοποίηση απόδοσης σε ντίζελ ιατηρώντας συγκεκριµένες προδιαγραφές» Πυκνότητα 0.78 gr/ml» είκτης κετανίου 76» Αρωµατικές ενώσεις 0% 600000 400000 200000 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 6000 Time-->
Πυρόλυση Βιοµάζας HEAT CARRIER VESSEL FLUIDIZING GAS RISER STRIPPER/ DISENGAGER STRIPPING GAS CYCLONE FILTER SLIDE VALVE TO PRODUCT RECOVERY Πιλοτική µονάδα Θερµοχηµική πυρόλυση βιοµάζας για παραγωγή υγρών, στερεών και αερίων καυσίµων Μεταφορείς θερµότητας SLIDE VALVE FEED TANK BIOMASS» Νέοι καταλύτες» Άµµος SCREW FEEDER SPENT CATALYST INJECTOR LIFT GAS SPENT MATERIAL TANK
Προϊόντα Πυρόλυσης Βιοµάζας 75% βιοµάζας µετατρέπεται σε υγρό προϊόν (βιοέλαιο) ευτερογενή προϊόντα Αέρια προϊόντα (κυρίως CO) ~ 8-10% κ.β. Κωκ ~ 15% κ.β. Παράµετροι που επηρεάζουν τις αποδόσεις σε βιοέλαιο Καταλύτης (ενεργότητα) Θερµοκρασία πυρόλυσης» Υψηλές θερµοκρασίες δίνουν χαµηλότερες αποδόσεις σε βιοέλαιο Ιδιότητες βιοελαίου Υψηλή πυκνότητα, χαµηλό σηµείο ανάφλεξης, χαµηλό ιξώδες
Τι είναι Βιοδιυλιστήριο; Μονάδα παραγωγής που συγκεντρώνει διεργασίες µετατροπής βιοµάζας σε καύσιµα, ενέργεια και χηµικά Εκµετάλλευση των διαφορετικών ιδιοτήτων των συστατικών της βιοµάζας και των ενδιάµεσων προϊόντων Παράλληλη παραγωγή χηµικών προϊόντων και καυσίµων Παραγωγή ενέργειας (για αυτονοµία της διεργασίας ή εκµετάλλευση) Εξειδικεύονται σύµφωνα µε τον τύπο της βιοµάζας Συγκεντρώνουν ανάλογες διεργασίες» π.χ. δασικά βιοδιυλιστήρια
Τυπικά Βιοδιυλιστήρια Μετατρέπουν κύρια συστατικά της κυτταρίνης και ηµικυτταρίνης σε σάκχαρα που υπόκεινται σε ζύµωση Επεξεργάζονται µεγάλες ποσότητες βιοµάζας Μέχρι 240 τόνους ηµερησίως εν παράγουν ανεξέλεγκτες ποσότητες ρύπων Συντελούν κυρίως στην παραγωγή αιθανόλης ιεργασία ζάχαρης Αέριο σύνθεσης µπορεί να επεξεργαστεί για παραγωγή άλλων τύπων βιοκαυσίµων και ενέργειας Βιοµάζα (βιοχηµική) Υπόλειµµα Ενέργεια Θερµότητα Καθαρό αέριο ιεργασία αερίου σύνθεσης (θερµοχηµική) Τροφοδοσία ζάχαρης Καύσιµα, Χηµικά & Ενέργεια Αέριο Επεξεργασµένο
Βιοµάζα και Βιοκαύσιµα 2 ης Γενιάς Τι είναι Βιοµάζα; Βιοκαύσιµα 2 ης Γενιάς Βιοδιυλιστήριο Βιοκαύσιµα και Περιβάλλον Ανάλυση κύκλου ζωής (LCA) Αξιολόγηση Εναλλακτικών Καυσίµων Θέρµανσης
Βιοκαύσιµα & Περιβάλλον Τα βιοκαύσιµα στοχεύουν στην βελτίωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των καυσίµων Ηχρήσηβιοκαυσίµων ελαττώνει τις εκποµπές των αερίων που προκαλούν το φαινόµενο του θερµοκηπίου (GHG) Ωστόσο όχι όλες οι διεργασίες παραγωγής βιοκαυσίµων είναι θετικές προς το περιβάλλον Η παραγωγή βιοκαυσίµων εκπέµπει επίσης CO 2 Ανησυχία από EBB, WRI, Environmental Agency, EU, κτλ Η αξιολόγηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των βιοκαυσίµων καθώς και της ενεργειακής τους απόδοσης θα πρέπει να εφαρµόζεται για όλες τις νέες τεχνολογίες και προϊόντα
Μελλοντικά Καύσιµα Κίνησης Πρωτοποριακά βιοκαύσιµα % Ωφέλη από εκποµπές αερίων θερµοκηπίου συγκριτικά µε εκποµπές από βενζίνη και ντίζελ 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Βιοαιθανόλη Από σιτάρι FT Ντίζελ Λιγνοκυτταρινική βιοαιθανόλη Βιοντίζελ RME Βιοαιθανόλη από ζαχαρότευτλο Κυψελίδες καυσίµου Η 2 από ΑΠΕ Κυψελίδες καυσίµου Η 2 απόφυσικόαέριο Συµβατά βιοκαύσιµα 10 GTL Ντίζελ 0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 Κόστος αντικατάστασης ( /100km) Υδρογόνο Βιοκαύσιµα στο ΕΚΕΤΑ Reference-WTW Analysis of future automotive fuels & Powertrains in the European context-version 2a, December 2005. Concawe/European council for automotive R&D/ European commission Joint Research Centre.
Ανάλυση Κύκλου Ζωής Life Cycle Analysis (LCA) Συστηµατική µέθοδος συλλογής και µελέτης των εισερχόµενων και εξερχόµενων υλικών και ενέργειας καθώς και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων αυτών που χαρακτηρίζουν τη λειτουργία ενός προϊόντος ή συστήµατος εξυπηρέτησης σε όλη τη διάρκεια ζωής του (ISO 14040) Πρώτες Πρώτες Ενέργεια ύλες Ενέργεια ύλες Ενέργεια Πρώτες ύλες Προϊόν Προϊόν Παραγωγή Χρήση ιάθεση στο τέλος ζωής του Απόβλητα Εκποµπές Απόβλητα Εκποµπές Απόβλητα Εκποµπές
Κύκλος Ζωής Συµβατού Ντίζελ Θέρµανσης Εξόρυξη αργού πετρελαίου Μεταφορά ιύλιση αργού πετρελαίου σε καύσιµο θέρµανσης Συνολικές Εκποµπές GHG 322.4 g/kwh Καύση ιάθεση Αποθήκευση Μεταφορά Συνολική Κατανάλωση 4.27 MJ/kWh Ενέργειας Εκποµπές GHG, g/kwh Εξόρυξη πετρελαίου Μεταφορά σε διυλιστήρια ιύλιση Κατανάλωση Ενέργειας, MJ/kWh Μεταφορά και διάθεση Καύση 0% 20% 40% 60% 80% 100%
Κύκλος Ζωής Επεξεργασµένου Κραµβέλαιου Καλλιέργεια ελαιοκράµβης Μεταφορά σε µονάδες µεταποίησης Σύνθλιψη και παραγωγή κραµβέλαιου Μεταποίηση κραµβέλαιου Συνολικές Εκποµπές GHG 229.1 g/kwh Καύση Μεταφορά και διάθεση Συνολική Κατανάλωση Ενέργειας 1.41 MJ/kWh Εκποµπές GHG, g/kwh Κατανάλωση Ενέργειας, MJ/kWh Καλλιέργεια ελαιοκράµβης Μεταφορά σε µονάδα µεταποίησης Μεταποίηση Μεταφορά και διάθεση Καύση 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Κύκλος Ζωής Βιοελαίου Πυρόλυσης ασικά υπολείµµατα Προεπεξεργασία ξύλου Καύση Μεταφορά σε µονάδα µεταποίησης Μεταφορά και διάθεση Πυρόλυση βιοµάζας για παραγωγή βιοελαίου Συνολικές Εκποµπές GHG 62.8 g/kwh Συνολική Κατανάλωση 1.19 MJ/kWh Ενέργειας Εκποµπές GHG, g/kwh Συλλογή δασικής βιοµάζας Μεταφορά σε εργοστάσιο µεταποίησης Πυρόλυση βιοµάζας ατανάλωση Ενέργειας, MJ/kWh Μεταφορά και διάθεση βιοελαίου Καύση 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Συµπεράσµατα Ηβιοµάζα και τα βιοκαύσιµα αναπτύσσονται ραγδαία στην χώρα µας και στην ΕΕ Τα βιοκαύσιµα 2 ης γενιάς µπορούν να προσφέρουν σηµαντικά οφέλη τόσο στην εξοικονόµηση συµβατής ενέργειας όσο και στον έλεγχο του φαινοµένου του θερµοκηπίου Όλα τα βιοκαύσιµα και κυρίως τα νέα και πρωτοποριακά βιοκαύσιµα θαπρέπεινααξιολογούνταιµε µεθόδους όπως ο κύκλος ζωής του άνθρακα για τα ενεργειακά και περιβαλλοντικά τους οφέλη
Βιοκαύσιµα 2 ης Γενιάς Καθ. Ι. Βασάλος ρ Ά. Λάππας ρ Σ. Βουτετάκης κ. Κ. ρακάκη ΕΚΕΤΑ Ινστιτούτο Τεχνικής Χηµικών ιεργασιών (ΙΤΧΗ ) Εργαστήριο Περιβαλλοντικών Καυσίµων & Υδρογονανθράκων Shell Global Solutions ρ Ε. Ηρακλέους Mr F. Haase