Ο ΠΕΤΡΕΛΑΪΚΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α 29-30 Μαΐου 2009, Αλεξανδρούπολη Παραγωγή Καυσίµου Ντίζελ από Ανανεώσιµες Πρώτες Ύλες Νίκος Παπαγιαννάκος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Χηµικών Μηχανικών 1
ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ ΠΡΟΟΠΤΙΚΗ Συµµετοχής Βιοκαυσίµων στον Πετρελαϊκό Τοµέα στην Ελλάδα Η Προοπτική καθορίζεται από τις Τεχνολογίες και τις Πρώτες Ύλες που διατίθενται και αναπτύσσονται ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ στον ιεθνή Χώρο για την Παραγωγή Βιοκαυσίµων και Ιδιαίτερα Βιοκαυσίµων συµβατών µε Ντίζελ 2
ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ BIOKAYΣΙΜΑ ΟΡΙΣΜΟΣ Καύσιµα που προέρχονται από ανανεώσιµες ύλες του εµβιόκοσµου και χρησιµοποιούνται πρωτογενώς είτε κατόπιν επεξεργασίας ΛΟΓΟΙ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Περιορισµός των αποθεµάτων των ορυκτών καυσίµων Εµπλουτισµός ατµόσφαιρας µε CΟ 2 Απεξαρτοποίηση από περιορισµένη και ελεγχόµενη εξωγενώς διάθεση Πρώτων Υλών Ενίσχυση αγροτικής οικονοµίας 3 Ποιά η αναµενόµενη ζήτηση πετρελαίου την επόµενη 15ετία;
4 ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ
ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ 120 % της παραγωγής του 2007 100 80 60 40 20 2025 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 Έτος 5 Πηγή : Y. Demirbas Biofuels 2008, Springer
ΣΥΜΒΑΤΙΚΑ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ ΜΕΤΑΦΟΡΩΝ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΦΥΤΙΚΟ ΒΑΣΙΛΕΙΟ ΖΩΙΚΟ ΒΑΣΙΛΕΙΟ ΣΤΕΡΕΗ ΒΙΟΜΑΖΑ ΥΓΡΗ ΒΙΟΜΑΖΑ ΥΓΡΗ ΒΙΟΜΑΖΑ Άµυλο - Σάκχαρα Έλαια από φυτά Απόβλητα ζωικά λίπη Κυτταρινούχα φυτά - Παρθένα λάδια - Παραπροϊόντα - Όξινα λάδια Επεξεργασίας ΚΦ - Λιπαρά οξέα και καρπών τους ιεργασίες Μεταποίησης Βιοαιθανόλη Βιοντίζελ 6
ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ ΓΕΝΙΕΣ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ 1η Γενιά Στόχος : Παραγωγή βιοκαυσίµων από διαθέσιµες πρώτες ύλες Προέλευση : Σάκχαρα, άµυλο, φυτικά έλαια και ζωικά λίπη Πρώτες ύλες : Σπόροι δηµητριακών Ελαιούχοι σπόροι Σακχαρότευτλα Σακχαροκάλαµο Βιοκαύσιµα : Βιοαιθανόλη Βιοντίζελ Μειονεκτήµατα : - Η πλειονότητα των πρώτων υλών χρησιµοποιείται στη διατροφική αλυσίδα ανθρώπων και ζώων και η χρήση τους για παραγωγή βιοκαυσίµων έχει αρνητική επίδραση στη διαθεσιµότητα τροφών και στη διατήρηση της βιοποικιλότητας 7 - Παραγωγή Παραπροϊόντων
ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ 2η Γενιά Στόχος : Χρήση πρώτων υλών που δεν χρησιµοποιούνται για τροφές Προέλευση : Κυτταρινούχα φυτά και πρώτες ύλες οι οποίες δεν χρησιµοποιούνται ως τροφές Πρώτες ύλες : - Φυτά πλούσια σε κυτταρίνη όπως γλυκό σόργο, αγριαγκινάρα - Γεωργικά παραπροϊόντα όπως άχυρα, φύλλα και κελύφη καρπών - Βιοµηχανικά παραπροϊόντα όπως πριονίδι, όξινα έλαια, λιπαρά οξέα και απόβλητα σφαγείων Βιοκαύσιµα : Βιοντίζελ, βιοαιθανόλη, βιοµεθανόλη, βιοϋδρογόνο, συνθετικό (FT) ντίζελ, πράσινο ντίζελ, συνθετική κηροζίνη Μειονεκτήµατα : ιαθεσιµότητα πρώτων υλών και εκτάσεων ύδατος για καλλιέργεια 8
ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ 3η Γενιά Στόχος : Αύξηση της απόδοσης παραγωγής των πρώτων υλών Προέλευση : Μεγάλης στρεµµατικής απόδοσης βιοµάζα Πρώτες ύλες : Μικροφύκια (Άλγη) Πλεονεκτήµατα : - Υπολογίζεται ότι µπορούν να αποδώσουν περίπου 30 φορές περισσότερη ενέργεια ανά µονάδα καλλιεργούµενης έκτασης. - Χρήση ιοξείδιου του άνθρακα ως θρεπτική ύλη των µικροοργανισµών. Βιοκαύσιµα : Βιοντίζελ, συνθετικό ή πράσινο ντίζελ, βιοαιθανόλη κλπ. 4η Γενιά Στόχος : Ανάπτυξη βιοµάζας µε αυξηµένη δέσµευση CO 2 και διεργασιών παραγωγής βιοκαυσίµων αρνητικού άνθρακα µε γεω-αποθήκευση CO 2 Βιοκαύσιµα : Βιοϋδρογόνο, βιοµεθάνιο, συνθετικά βιοκαύσιµα κλπ. 9
ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ (1) Α. Το πρώτο ανανεώσιµο καύσιµο πλήρως συµβατό µε Ντίζελ Οι τεχνολογίες παραγωγής του ως πρώτης γενιάς βιοκαύσιµο βασίζονται στην αντίδραση των τριγλυκεριδίων των π.υ. µε µια µικρού µ.β. αλκοόλη (µεθανόλη) µε τη χρήση καταλύτη ΚΟΗ ή ΝαΟΗ Ως πρώτης γενιάς Βιοκαύσιµο παράγεται από καθαρά φυτικά έλαια µε χαµηλή οξύτητα ( < 1.5 %) όπως φοινικέλαιο, κραµβέλαιο, σογιέλαιο, βαµβακέλαιο κ.α. Τα σηµαντικότερα µειονεκτήµατα της παραγωγής του αφορούν : Την ανταγωνιστικότητα των π.υ. µε τα τρόφιµα Την παραγωγή γλυκερίνης Την κατανάλωση µεθανόλης και ΚΟΗ ή ΝαΟΗ 10
ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ (2) Β. Ως δεύτερης γενιάς βιοκαύσιµο παράγεται από όξινα λάδια, λιπαρά οξέα και ζωικά λίπη (απόβλητα σφαγείων) Οι βιώσιµες τεχνολογίες παραγωγής του απαιτούν την προεπεξεργασία των π.υ. για την µετατροπή των οξέων σε εστέρες και την εν συνεχεία ή εν παραλλήλω µετατροπή των υπαρχόντων τριγλυκεριδίων σε βιοντίζελ Χρήση στερεών καταλυτών Πλεονεκτήµατα : Χρήση πρώτων υλών που χαρακτηρίζονται ως απόβλητα. Παραγωγή καθαρής γλυκερίνης. εν καταναλώνεται καταλύτης Γ. Ως τρίτης γενιάς βιοκαύσιµο παράγεται από έλαια που προέρχονται από µικροφύκη (άλγη) 11 Οι τεχνολογίες παραγωγής του είναι αυτές που εφαρµόζονται για την παραγωγή της 1ης ή 2ης γενιάς βιοντίζελ
ΠΡΑΣΙΝΟ ΝΤΙΖΕΛ (1) Θεωρείται δεύτερης γενιάς βιοκαύσιµο και παράγεται από όλες τις Π.Υ. που παράγεται το βιοντίζελ Οι τεχνολογίες παραγωγής του βασίζονται στην αντίδραση των ελαίων, λιπών και λιπαρών οξέων παρουσία ή µη υδρογόνου πάνω σε στερεό καταλύτη και την αποµάκρυνση της γλυκερινικής οµάδας υπό µορφή προπανίου Καταλύτης 100 lt Σογιέλαιο 98 lt Diesel 2.2 Nm 3 Προπάνιο 12
ΠΡΑΣΙΝΟ ΝΤΙΖΕΛ (2) Η βασική αντίδραση της διεργασίας είναι η υδρογονοαποξυγόνωση των εστερικών και καρβοξυλικών οµάδων των τριγλυκεριδίων και των οξέων Τριγλυκερίδιο Λιπαρό Οξύ R 1 O C O H C H R 1 CH 3 + R 2 CH 3 + R 3 CH 3 (προϊόντα υδρογονόλυσης και αφυδάτωσης) R 2 O C O H ή R 2 O C O O C H καταλύτης H 2 R 1 H + R 2 H + R 3 H (προϊόντα αποκαρβοξυλίωσης) R 3 C O C H H CO 2 + CO + H 2 O + light H/C (C 3 H 8 ) 13
ΠΡΑΣΙΝΟ ΝΤΙΖΕΛ (3) Η διεργασία παραγωγής Πράσινου Ντίζέλ προσαρµόζεται άµεσα σε υπάρχουσες µονάδες HDS ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ Ατµοσφ. Απόσταξη Φυτικά Έλαια Κλάσµατα Diesel Υπόλειµµα Ατµοσφαιρ. Απόσταξης Υπόλειµµα Απόσταξης Υπό Κενό Απόσταξη υπό κενό Υπάρχουσα Μονάδα HDT εξαµενή Diesel 14
Πλεονεκτήµατα για την εφαρµογή του ως καύσιµο: Πλήρως συµβατό µε το πετρελαϊκό ντίζελ Υψηλός αριθµός κετανίων ( µέχρι και 84 ). Μειωµένες εκποµπές καυσαερίων Πολύ χαµηλή περιεκτικότητα σε θείο ( < 2 ppm ) - Απουσία αρωµατικών Απουσία οξυγόνου στο προϊόν (σταθερό προϊόν) εν παράγονται ανεπιθύµητα παραπροϊόντα κατά τη διεργασία της παραγωγής του Η παραγωγή του µπορεί να επιτευχθεί σε υπάρχουσες µονάδες HDT µε µικρές αλλαγές στο σχήµα λειτουργίας Μειονέκτηµα : Η χρήση και κατανάλωση υδρογόνου στη διεργασία παραγωγής του Εταιρείες που δραστηριοποιούνται : Petrobras (Brazil, H-BIO Process), UOP/ ENI (Ecofining Process), CococoPhilips, BP, NESTE Oil, OMV, CAMNET 15
BTL Ντίζελ Είναι Συνθετικό Βιοκαύσιµο εύτερης Γενιάς και παράγεται από στερεή βιόµαζα Μέσω Θερµοχηµικής διάσπασης Μόνη µέθοδος προς εφαρµογή παραγωγής βιοκαυσίµου Ντίζελ από οποιαδήποτε είδους στερεή βιοµάζα Στάδια παραγωγής : Αεριοποίηση της βιοµάζας και παραγωγή αέριου σύνθεσης ( CO + H 2 ) Σύνθεση υδρογονοανθρακικών µορίων µεγέθους Ντίζελ µέσω της αντίδρασης Fisher Tropsch nco + (2n+1)H 2 --------- > C n H 2n+2 + nh 2 O Υδρογονοεπεξεργασία του προϊόντος για αποµάκρυνση των παραπροϊόντων κηρών και βελτίωση των ιδιοτήτων του 16
Πλεονεκτήµατα για την εφαρµογή του ως καύσιµο: Πλήρως συµβατό µε το πετρελαϊκό ντίζελ. Χρήση των υπαρχόντων υποδοµών για τη διάθεσή του Υψηλός αριθµός κετανίων Μειωµένες εκποµπές καυσαερίων Πολύ χαµηλή περιεκτικότητα σε θείο ( < 2 ppm ) - Απουσία αρωµατικών Απουσία οξυγόνου στο προϊόν (σταθερό προϊόν) Παράγεται από οποιαδήποτε είδος στερεάς βιοµάζας Μειονεκτήµατα : Το υψηλό κόστος επένδυσης στις εγκαταστάσεις Απαίτηση νέων εγκαταστάσεων 17
ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΟ ΝΤΙΖΕΛ Σε ερευνητικό στάδιο, µε µεγάλο ενδιαφέρον Στόχος : Η αντικατάσταση των δύο σταδίων παραγωγής BTL Ντίζελ : 1. Ολικής αποικοδόµησης της βιοµάζας και 2. Σύνθεσης Fisher Tropsch από ένα στάδιο ελεγχόµενης αποικοδόµησης της βιοµάζας σε ήπιες συνθήκες και τελικά προϊόντα µόρια µεγέθους παραπλήσιου µε αυτά του Ντίζελ Ντίζελ Φιλικό στο περιβάλλον 18
Έρευνα στο Ε.Μ.Π. Στη Σχολή Χηµικών Μηχανικών του Ε.Μ.Π. δραστηριοποιούνται ερευνητικές οµάδες σε όλες τις δραστηριότητες αιχµής που αφορούν την παραγωγή Βιοκαυσίµων : Παραγωγή Βιοντίζελ πρώτης και δεύτερης γενιάς Παραγωγή Πράσινου Ντίζελ Παραγωγή Βιοαιθανόλης πρώτης και δεύτερης γενιάς Αεριοποίηση βιοµάζας για παραγωγή αερίου σύνθεσης
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Α. Οι εξελίξεις στην παραγωγή βιοκαυσίµου Ντίζελ οδηγούνται από ανάγκες 1. Χρήσεις πρώτων υλών που : δεν χρησιµοποιούνται στη διατροφική αλυσίδα έχουν µεγάλη στρεµµατική απόδοση ή θεωρούνται απόβλητα 2. Βελτιωµένων ιδιοτήτων του βιοκαυσίµου 3. Αποφυγής παραγωγής παραπροϊόντων κατά την παραγωγή του βιοκαυσίµου 20
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Β. Οι τεχνολογίες παραγωγής βιοκαυσίµου Ντίζελ δεύτερης γενιάς είναι ήδη ώριµες για εφαρµογή τόσο στην περίπτωση του πράσινου Ντίζελ όσο και του BTL Ντίζελ Γ. Τόσο το Πράσινο Ντίζελ όσο και το BTL Ντίζελ εµφανίζουν άριστες ιδιότητες. Η παραγωγή των βιοκαυσίµων δεύτερης και τρίτης γενιάς από κατάλληλες πρώτες ύλες θα βοηθήσει στην υλοποίηση των στόχων που έχουν τεθεί µε τις αποφάσεις προώθησης των βιοκαυσίµων 21