Το Παρόν και το Μέλλον των Βιοκαυσίµων στην Ελλάδα

Το Παρόν και το Μέλλον των Βιοκαυσίµων στην Ελλάδα Στέλλα Μπεζεργιάννη, Άγγελος Λάππας, και Ιάκωβος Βασάλος Ινστιτούτο Τεχνικής Χηµικών ιεργασιών (ΙΤΧΗ ) Εργαστήριο Περιβαλλοντικών Καυσίµων & Υδρογονανθράκων (ΕΠΚΥ) (www.cperi.certh.gr) Εθνικό Κέντρο Έρευνας & Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΕΚΕΤΑ) Συµπόσιο «Βιοενέργεια στην Ελλάδα» Θεσσαλονίκη, 11-12 Μαΐου 2006

Γιατί Βιοκαύσιµα; Ηπαραγωγή και χρήση βιοκαυσίµων... Ακολουθεί περιβαλλοντικές δεσµεύσεις της ΕΚ Green Paper, Kyoto Protocol 2003/30/ΕΚ, ν.3423/2005 Συντελεί στην µείωση της ρύπανσης της ατµόσφαιρας CO, SΟ x, HC, PM Αέρια θερµοκηπίου Μειώνει εξάρτηση από εισαγωγή καυσίµων Μπορεί να ενισχύσει την εθνική οικονοµία Ενίσχυση αγροτικής οικονοµίας µε την καλλιέργεια «ενεργειακών» φυτών ηµιουργία νέων θέσεων εργασίας Ενίσχυση άλλων βιοµηχανιών» Βιοµηχανία ζάχαρης, χαρτοβιοµηχανία κτλ

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...

Ελληνική Αγορά Βιοκαυσίµων Η Ελληνική νοµοθεσία επιβάλλει την χρήση βιοκαυσίµων (βιοντίζελ και βιοαιθανόλης) ν.3423/2005 47.000 τόνοι (2005) µέχρι και 148.000 τόνοι βιοντίζελ (2010) ιάθεση βιοντίζελ από το 1999 ΕΛΙΝΟΙΛ κτλ Παραγωγή βιοντίζελ από το 2005 ΕΛΒΙ, ΕΛΙΝΟΙΛ Παραγωγή βιοαιθανόλης ΕΒΖ

Ευρωπαϊκή Αγορά Βιοκαυσίµων Βιοντίζελ Εύρος αγοράς (2004) 1.52 δις ευρώ 1.9 εκατ. τόνοι παράγονται Ρυθµός ανάπτυξης 8% ετησίως Ανταγωνιστικότητα» 82 επιχειρήσεις Προοπτική αγοράς (2011) 8.5 δις ευρώ Βιοαιθανόλη Εύρος αγοράς (2004) 367 εκατ. ευρώ 0.5 εκατ. τόνοι παράγονται Ρυθµός ανάπτυξης 72% ετησίως Ανταγωνιστικότητα 17 επιχειρήσεις Προοπτική αγοράς (2011) 4.5 δις ευρώ Το 2004 παραγωγή βιοκαυσίµων στην ΕΚ αντιστοιχεί στο 0,8% της ευρωπαϊκής κατανάλωσης βενζίνης και ντίζελ, ενώ η ΕΚ (2003/30/EC) στοχεύει σε 5.75% µέχρι το 2010 Data from EurObserv ER, Observatoire des énergies renouvelables, " Le baromètre des biocarburants", n 167 (Mai-juin 2005) & Frost & Sullivan (Feb 2006)

Βιοκαύσιµα Πρώτης Γενιάς Ονοµασία Φυτικό έλαιο Βιοντίζελ από σπόρους Βιοντίζελ από απόβλητα ή χρησιµοποιηµένα έλαια Αιθανόλη από ζαχαρώδη φυτά Αιθανόλη από αµυλώδη φυτά ΕΤΒΕ Συνθετικό φυσικό αέριο από βιοαέριο Υδρογόνο από βιοαέριο Οδηγία ΕΚ Φυτικό έλαιο Βιοντίζελ Βιοντίζελ Βιοαιθανόλη Βιοαιθανόλη Βίο-ETBE Βιοαέριο Βιουδρογόνο ιεργασία Πίεση, εκχύλιση, διύλιση Μετεστεροποίηση ελαίων ιύλιση, µετεστεροποίηση Ζύµωση, απόσταξη Υδρόλυση, ζύµωση, απόσταξη Ζύµωση, σύνθεση Χώνεψη, αποµάκρυνση CO 2 -H 2 O Χώνεψη, wgs, αποµάκρυνση CO 2 -H 2 O wgs: water-gas shift CO + H 2O H + 2 CO2

Βιοαιθανόλη Παραγωγή από βιοµάζα Υδρόλυση και ζύµωση (διαδεδοµένη µέθοδος)» Ζαχαροκάλαµο, ζαχαρότευτλο, γλυκόσοργο, µελάσα, καλαµπόκι, σιτάρι, πατάτα, στέλεχος ρυζιού, αστικά απόβλητα, απόβλητα χαρτοβιοµηχανίας, σιτηρά, κυτταρινικά απόβλητα κτλ» Απόδοση 210-560 λίτρα ανά στρέµµα Εκτιµάται ότι καταναλώνονται 100 Joule ενέργειας για παραγωγή αιθανόλης που θα αποδώσει 135 Joules ενέργειας ως καύσιµη ύλη Χρησιµοποιείται ήδη σε µεγάλη κλίµακα ως καύσιµο σε µηχανές εσωτερικής καύσης Βραζιλία: Αυτοκίνητα κινούνται µε καθαρή αιθανόλη ή µε µίγµα Ε10 (gasohol) ΗΠΑ: E10 αποτελεί πάνω από το 1/8 της αγοράς βενζίνης» Όλα τα αυτοκίνητα (µετά το 1970) είναι συµβατά µε Ε10 Ε85 ιδανικό µίγµα αιθανόλης βενζίνης» Χρησιµοποιείται σε FFV (Flexible Fuel Vehicles)» Πολλά αυτοκίνητα κατασκευασµένα µετά το 1999 είναι συµβατά µε Ε85

Ιδιότητες Βιοαιθανόλης Χρησιµοποιείται ως ένα πρόσθετο βενζίνης για αύξηση του αριθµού οκτανίου και βελτίωση των οικολογικών ιδιοτήτων της βενζίνης Παρόµοια απόδοση καύσης συγκριτικά µε βενζίνη Μείωση ατµοσφαιρικών ρύπων» CO, NO x,υδρογονάνθρακες Υψηλότερος αριθµός οκτανίου» Χρησιµοποιείται για βελτίωση αριθµού οκτανίου βενζίνης Χαµηλότερο σηµείο ανάφλεξης» Αύξηση θερµικής απόδοσης κινητήρα Μίγµατα αιθανόλης-βενζίνης απαιτούν υψηλή καθαρότητα αιθανόλης» 99.5-99.9%

Βιοντίζελ FAME Μέθοδος παραγωγής Μετεστεροποίηση φυτικών ή ζωικών ελαίων (FAME βιοντίζελ)» Ηλιέλαιο, κραµβέλαιο, σογέλαιο, βαµβακέλαιο, ζωικά λύπη, ανακυκλωµένα φυτικά έλαια, κτλ Περιβαλλοντικά φιλικές ιδιότητες Μειωµένη περιεκτικότητας σε SO x, CO, αρωµατικές ενώσεις Ασφαλές για µεταφορά και αποθήκευση Μειονεκτεί σε σταθερότητα σε χαµηλές θερµοκρασίες Θετικές ιδιότητες ως προς την καύση σε ντιζελοκινητήρα Υψηλός αριθµός κετανίου και λιπαντικότητα Μικρή ελάττωση απόδοσης κινητήρα ιατίθεται ως µίγµα µε συµβατό ντίζελ Β5 µε Β20

Παραγωγή Βιοντίζελ FAME Παράγοντες ποιότητας... Ποιότητα πρώτης ύλης Τύπος ελαίου (κραµβέλαιο, ηλιέλαιο, καλαµποκέλαιο κτλ Καθαρότητα µεθανόλης Απόδοση αντίδρασης µετεστεροποίησης Θερµοκρασία, αναλογία ελαίου/µεθανόλης, καταλύτης Απόδοση FFA 0-1 kg διαχωρισµού/καθαρισµού Γλυκερίνη, µεθανόλη, υπόλειµµα Οξύ Καταλύτης 0.5-1.5 kg Οξύνιση Γλυκερίνη 10 kg Γλυκερίνη Φυτικά έλαια 100 kg Μεθανόλη 10+ kg Παραγωγή & ιαχωρισµός Περίσσεια µεθανόλης 50 99% Εστέρες Καθαρισµός Βιοντίζελ 100 kg Νερό 100 kg Υγρά Απόβλητα 100 kg

Ποιοτικός Έλεγχος Βιοντίζελ Βιοντίζελ Προδιαγραφές ΕΛΟΤ ΕΝ 14214:2003 Προδιαγραφές ντίζελ κίνησης (ΕΛΟΤ ΕΝ 590)» Συµπεριφορά κατά την καύση, αποθήκευση, µεταφορά Αναλύσεις ελαίων» Οξειδωτικότητα, καθαρότητα Λοιπές αναλύσεις» Περιεκτικότητα σε µεθανόλη, καταλύτη κτλ Μίγµα Βιοντίζελ/Ντίζελ Προδιαγραφές ΕΛΟΤ ΕΝ 590:2004 Επιτρεπόµενο ποσοστό ανάµιξης 5% βιοντίζελ Βιοντίζελ Β5 (Μίγµα 5:95 βιοντίζελ:ντίζελ) Παρουσιάζει παρόµοια συµπεριφορά κατά την καύση και µεταφορά Μείωση ρύπων SO X, CO, PM Βελτίωση λιπαντικότητας

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 από φυσικό αέριο 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 Βιοκαύσιµαστο 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.

Βιοκαύσιµα @ ΕΚΕΤΑ Αξιολόγηση βιοµάζας Πιλοτικές διεργασίες Ανάπτυξη διεργασιών 5 Αξιολόγηση καταλυτών Activity 0 4 Condition

Παραγωγή Βιοκαυσίµων BTL (Biomass To Liquid) Εξαέρωση βιοµάζας και παραγωγή αερίου σύνθεσης» Λιγνοκυτταρικό υλικό, τρίµµατα ξύλου Αντίδραση Fischer Tropsch του αερίου σύνθεσης για παραγωγή FTκηρού Υδρογονοπυρόλυση ή καταλυτική πυρόλυση για παραγωγή FT-καυσίµων Καταλυτική πυρόλυση βιοµάζας για παραγωγή βιοελαίου Αντιδραστήρας ρευστοστερεάς κλίνης Παραγωγή αερίων, υγρών και στερεών καυσίµων Αναβάθµιση Καύσιµα & χηµικά Βιοµάζα Αεριοποίηση Πυρόλυση Βιοαέριο σύνθεσης Βιοέλαιο Σύνθεση καυσίµων Αναβάθµιση Παραγωγή ενέργειας & θερµότητας

FT-Καύσιµα 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 BTL Biomass To Liquid Καθαρισµός Αποθείωση (προσρόφηση) C 1 -C 4 BTL καύσιµα Υδρογονοπυρόλυση

Παραγωγή FT-Βιοντίζελ

Καταλύτες & Συνθήκες Λειτουργίας 100.00% 80.00% Νάφθα Κηροζίνη Ντίζελ Απόδοση κλασµάτων 60.00% 40.00% Καταλύτης A Καταλύτης B 20.00% 0.00% Base-10 o C Base Base+10 o C Base+16.5 o C Base+25 o C Base+32.5 o C Θερµοκρασία Οι συνθήκες λειτουργίας επηρεάζουν σε µεγάλο βαθµό τις αποδόσεις των BTL προϊόντων

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

Απόδοση & Ποιότητα Βιοελαίου Για παραγωγή βιοελαίου συνίσταται η θερµική πυρόλυση Σηµείο Ανάφλεξης % κ.β. 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Απόδοση Υγρού Προϊόντος Άµµος FCC HHV C 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Αµµος FCC T=450oC T=500oC Mj/kg of bio-oil 25 20 15 10 5 0 Άµµος FCC

Τι είναι Βιοδιυλιστήριο; 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 βιοενέργειας Βιοµάζα (βιοχηµική) Υπόλειµα Ενέργεια Θερµότητα Καθαρό αέριο ιεργασία αερίου σύνθεσης (θερµοχηµική) Τροφοδοσία ζάχαρης Καύσιµα, Χηµικά & Ενέργεια Αέριο Επεξεργασµένο

Εξέλιξη Βιοδιυλιστηρίων Αύξηση παραγωγής αιθανόλης (διαχωρισµός αµύλου υπολειµµάτων) ιαχωρισµός βιοµάζας (για λήψη προϊόντων υψηλής αξίας πριν την παραγωγή βιοαιθανόλης) Βιοµηχανικό βιοδιυλιστήριο (Χρήση βιοµάζα διαφόρων τύπων) ιαχωρισµός υπολειµµάτων (εκµετάλλευση λιγνίνης) Υπάρχοντα Βιοδιυλιστήρια (Ανάπτυξη περιορίζεται από άλλες αγορές) Χρήση υπολειµµάτων (Αύξηση παραγωγής βιοαιθανόλης) ιαχωρισµός σιτηρών από υπολείµµατα (Εισαγωγή ενεργειακών φυτών στο βιοδιυλιστήριο) 2005 2010 2020 Πηγή: Υπουργείο Ενέργειας ΗΠΑ

"The use of vegetable oils for engine fuels may seem insignificant today. But such oils may become in the course of time as important as the petroleum and coal tar products of the present time" Rudolph Diesel, 1912