Biodiisel (0)

Sisukord Sissejuhatus 2 1. Mis asi on biodiisel 2 1.1. Biodiisli eelised 2 2. Kuidas tehakse biodiislit ja selle turustamine 3 2.2. Millest saaks biodiislit toota 3 2.2.1. Rapsist õli saamine 4 2.3. Õli käes, mis edasi 4 2.3.1. Biodiisli näitlik tootmine baaskatalüüsitud transesterifikatsiooni skeemi 5 põhjal 2.3.2. Baaskatalüüsitud transesterifikatsiooni skeem 6 2.4. Kui biodiisel valmis 6 2.4.1. Kontroll 7 2.4.2. Kütust hoitakse 7 2.4.3. Tootmisest tekkinud jäätmete käitlemine 7 3. Biodiisel on keskkonnasõbralik kütus 8 3.1. Õhusaaste vähenemine biodiislit kasutades 8 3.2. Emissioonid 8 4. Kasutatud kirjandus 10
Lisa 1. Emisioonimäärade graafik Lisa 2. Energiaseaduses esitatavad nõuded kütusetootjale Lisa 3. Rahvusvahelised normatiivid biodiislile
1 Sissejuhatus
Seoses fossiilsete kütuste hindade tõusuga ning fossiilsete kütuste kasutamisel atmosfääri paisatavate saasteainete probleemi teadvustamisega, on hakatud järjest enam otsima alternatiivseid kütuseid. Üheks sobivaks alternatiiviks on osutunud biodiisel. Biodiislit saab toota erinevaid tootmisprotsesse kasutades mitmetest erinevatest looduslikest rasvainetest ja õlidest. Euroopas on enamkasutatavaks tooraineks biodiisli tootmisel rapsiõli, USAs kasutatakse aga laialdaselt sojaõli. Euroopas, eriti aga Saksamaal ja Rootsis, on biodiisli kasutamine kogunud populaarsust just viimastel aastatel. Seni pole aga Eestis rapsist kütust tööstuslikult toodetud, vaid mõned põllumajandusettevõtjad on seda peamiselt enda tarbeks teinud. Rapsiõli on Eestis leidnud rakendust valdavalt toidulaual, kuid seda võidaks kasutada ka kütusena.
Antud töös tutvustatakse biodiisli tootmisega seonduvaid küsimusi ja biodiisli kasutamisega kaasnevaid nüansse.
1. Mis asi on biodiisel
Biodiisel ( mono alküül estrid ) on puhtamalt põlev diiselkütus, mida tehakse looduslikest taastuvatest allikatest nagu taimeõlid. Nagu ka tavalist diiselkütust, kasutatakse biodiislit sisepõlemismootorites, kusjuures olulisi muudatusi praegustele diiselmootorile pole vaja teha. Mootori võimsus jääb samuti umbes samaks.
1.1. Biodiisli eelised
Biodiisel on: · biolagundatav · põleb puhtamalt kui konventsionaalne diiselkütus · on taastuv energiaallikas · seda toodetakse taastuvatest ressurssidest.
2 Biodiisli vahe konventsionaalse diisliga tuleb välja olulises põlemata süsivesinike, CO ja tahkete osakeste emissioonide vähenemises. NOx emissioonid kas vähenevad või suurenevad pisut olenevalt tootmistsüklist. Biodiisli kasutamine vähendab emiteeritavate tahkete osakeste hulgas tahket süsinikku (kuna biodiislis leiduv hapnik võimaldab paremat CO2 põlemist), välditakse väävlireostust, kuna biodiislis pole praktiliselt üldse väävlit. Süsivesinike hulk kütuses jääb samaks võrreldes tavalise diisliga või väheneb pisut.
Biodiisli omadused on väga sarnased koventsionaalse diisliga. Emissiooninäitajad on aga võrreldes konventsionaalse diisliga keskkonnasõbralikumad.
· viskoossus 20 oC juures 7,5 · kütteväärtus 33,3 kJ/l · tsetaani indeks 49
2. Kuidas tehakse biodiislit ja selle turustamine
Biodiislit saab valmistada värsketest või kasutatud taimeõlidest ja loomsetest rasvadest . Et toota taimeõlidest keemilisi ühendeid ­ estreid -, siis tuleb need keemiliste reaktsioonide abil panna reageerima alkoholiga (enamasti kasutatakse metanooli). Glütserool (mida kasutatakse farmatseutilistel ja kosmeetilistel eesmärkidel), on biodiisli tootmise kõrvalprodukt.
2.2. Millest saaks biodiislit toota
USAs toodetakse biodiisli peamiselt sojaoa õlidest. Euroopas kasutatakse aga ka teisi õlitaimi ­ põhiliselt raps , mille seemne õlisisaldus on üle 40%. Soojaoal aga umbes kuni 20%.
Potentsiaalseks tooraineks on biodiislile ka loomsete rasvade jäägid ja kasutatud küpsetus- (toidu-) õlid. Nad on odavam tooraine , kui näiteks sojaõlist kütuse tootmine USAs - et toota 3,79 l kütust tuleb kasutada umbes 3 kg ja 311 grammi soojaoa õli, mille hind on umbes 20 senti 453,59 grammi kohta.
3 Tooraineks võivad olla ka pähklid, puuvillaseemned, päevalilleseemned. Ükskõik millistest antud õlitaimedest toodetud estreid saab edukalt kasutada diiselmootorites, kuigi nende kütteväärtused ja tsetaanarv ( analoogne bensiini oktaanarvule) ning muud füüsikalised näitajad võivad tugevasti erineda.
2.2.1. Rapsist õli saamine
· Rapsi kasvatamine ­ Eestis tegelevad sellega paljud põllumehed; · Raps tuleb kokku koguda ja kuivatada. · Õli seemnest kätte saamine ­ ekstraktsioonimeetodil külm- või kuumpressimine. Külmpressi kasutamine on vähem energiat nõudev kui kuumpress ja eraldatava õli mahud on umbes samad, kuigi kuumpressiga eraldatakse natuke rohkem õli. · Jääk srot ­ seemnete kestad . Vastavalt pressimise tehnoloogiale sisaldab rohkem või vähem õli. Sobib loomasöödaks. · Rapsiõli, mis kogutaks anumatesse. · Järgnevalt võidakse seda siis kasutada kas toiduõli või biodiisli valmistamiseks.
2.3. Õli käes, mis edasi
On kolm põhilist võimalust biodiisli tootmiseks õlidest ja rasvadest:
1. baaskatalüüsitud transesterifikatsioon koos alkoholiga 2. otsene happe katalüüsitud õli esterifikatsioon metanooliga 3. õli muundamine rasvhapeteks ja seejärel alküülestriteks happe katalüüsil
Enamasti kasutatakse tänapäeval esimest meetodit, kuna see on mitmetel põhjustel kõige ökonoomsem: · toimub madalal temperatuuril (150 F = 83,3 C) ja rõhul · otsene muundumine metüülestriks ilma vaheastmeteta · kasutatakse lihtsaid ja odavaid vahendeid.
4 Protsessi skeem: Rasv või õli reageerib alkoholiga (näiteks metanool ) ja katalüsaatori juresolekul toodetakse glütseriin ning metüülestrid (biodiisel). Metanooli lisatakse protsessi kiirendamiseks. Metanooli aurud kogutakse hiljem kokku ja taaskasutatase. Katalüsaatoriks on tavaliselt naatrium - või kaaliumhüdrooksiid, mida lisatakse segatuna metanooliga.
2.3.1. Biodiisli näitlik tootmine baaskatalüüsitud transesterifikatsiooni skeemi põhjal
· Taimeõli (või loomne rasv) filtreeritakse ja kogutakse anumasse (500 l); · Lisatakse katalüsaatorit (enamasti naatrium- või kaaliumhüdrooksiid), mis segatud alkoholiga (enamasti metanooliga), et kiirendada protsessi. Töödeldakse, et siduda vabad rasvhapped rapsiõlis. 500 l rapsõli puhul lisada ligi 10% õli kogusest ehk ~55 l metanooli, mis eelnevalt segatud 1kg NaOH -ga; · Segada, soojendada kogu segu 60-70 C ja segada 2-3 h. Selle aja jooksul õli triglütseriidid reageerivad ja moodustuvad metüülestrid (biodiisel) ning glütserool; · Metanooli aurud kogutakse kokku ja taaskasutatakse; · Kogu segu hoida vaadis 2-3 päeva. Selle aja jooksul glütserool settib mahuti põhja ja biodiislit on kerge eraldada; · Setitatud glütserool eraldadakse ja kogutakse kokku edasiseks käitlemiseks. · Biodiisel puhastatakse ja kogutakse tsisternidesse.
5 2.3.2. Baaskatalüüsitud transesterifikatsiooni skeem
2.4. Kui biodiisel valmis
Biodiisli kontrolli, pakendamist ja edasist käitlemist ei reguleeri Eestis praegu ükski seadusandlus , sest vastavalt Energiaseaduse 10. juunil 1998. aastal jõustunud parandusele:
§ 1. Paragrahvi 2 täiendatakse lõikega 4 järgmises sõnastuses:
«(4) Käesolevas seaduses kütuse kohta sätestatut ei rakendata puidu, turba ja biokütuse suhtes.»
Kuigi Eestis biodiisel kütuste alla ei kuulu, vähemalt seadusi järgides, kirjutame lahti selle, mis protsessid peaksid olema läbitud enne turule jõudmist.
6 2.4.1. Kontroll
Biodiisel peab vastama Tehnilise Järelevalve Inspektsiooni, mis on Majandusministeeriumi valitsemisalas tegutsev valitsusasutus, esitatavatele nõuetele.
Nõuetele vastavust kontrollitakse laboratoorselt ja tihedusega, mis on määratletud seadusandlusega.
2.4.2. Kütust hoitakse
Tootja tagab kütusehoidlate vastavuse Eesti Vabariigis kehtestatud nõuetele, mis tagavad tule- ja keskkonnareostuskindluse.
Kütust laaditakse veokitele betoonkattega platsil. Maha valgunud kütuse jaoks on olemas kogumiskanalid.
Tekkinud kütuse jäätmetega tegeleb lepinguline jäätmekäitleja. Tootja tagab nende nõuetekohase kogumise ja hoidmise kinnistes ruumides.
2.4.3. Tootmisest tekkinud jäätmete käitlemine
· srot (tekib rapsiõli tootmisel) ­ kogutakse kokku ja läheb loomasöödaks. · glütserool (tekib biodiisli tootmisel) ­ on kasutatav kosmeetikatööstuses. Piisavalt suurte biodiisli tootmiskoguste juures on võimalik teha koostööd kosmeetikafirmadega. · metanool ­ kogutakse kokku ja taaskasutatakse biodiisli tootmisel. · olmejäätmed ­ kogutakse vastavalt jäätmekäitlus ettevõttega sõlmitud lepingule. · tootmisprotsessi käigus kuluvate vahendite utiliseerimine vastavalt nende ohtlikkusele. Nende äravedu reguleerib leping jäätmekäitlejaga.
7 3. Biodiisel on keskkonnasõbralik kütus
· biodiislit toodetakse taastuvatest allikatest · biodiisel on väävlivaba (alla 0,001%) · tahmaemissioonid vähenevad kuni 50% · biodiisel paiskab atmosfääri ligikaudu samapalju CO2, kui taim oma eluea jooksul on endasse sidunud (suletud CO2 ringe ) · biodiisel ei sisalda bensooli ega ka teisi aromaatseid ühendeid · biodiisel vähendab süsivesinike emissioone (eriti polütsükliliste aromaatsete süsivesinike oma) · biodiisel on kergesti bioloogiliselt lagundatav ja ei ohusta õnnetuste korral pinnast ning põhjavett · biodiislil on head määrimisomadused ja ta hoiab mootorit · biodiisel on keskkonnasõbralik alternatiiv tavalisel diislile
3.1. Õhusaaste vähenemine biodiislit kasutades
54 erineva diiselmootori uurimisel selgus, et biodiisli kasutamisel paisati keskkonda tunduvalt vähem saasteaineid kui tavalise diisli puhul.
Tahmaemissioonid vähenesid poole võrra ja tahkete osakeste emissioonid vähenesid mootoritüübist olenevalt tavalise diiselkütusega võrreldes 24-36%. Biodiislis puudub väävel ja tänu sellele saab oksüdatsioonkatalüsaatoreid ära kasutada - vähenevad veelgi saasteainete emissioonid ja kaob ka biodiisli tüüpiline lõhn.
3.2. Emissioonid
Iga sisepõlemismootor, sõidab ta siis bensiini, diiselkütuse, maagaasi või biodiisliga, produtseerib heitgaase. Heitgaasid tekivad kütustes leiduvatest süsivesinikest ja põlemisprotsessis vajaminevast õhust.
Tähtsamad heitmed , mis tekivad ja mille hulga järgi tänapäeval kütust hinnatakse, on:
· Süsinikoksiid (CO)
8 · Põlemata süsivesinikud (HC);
· Lämmastikoksiidid (NOx);
· Tahked osakesed.
On rida meetodeid , mille abil saab tänavatel heitgaaside hulka vähendada: mootorite optimeerimine ; heitgaaside filtrite ja puhastite paigaldamine ja kütuseliigi valik.
Kaasaegsed mootorid peavad tänapäeval vastama EURO-II Heitgaasinormatiividele ning mõne aasta pärast jõustuvad juba rangemad EURO-III normatiivid.
Kõige tuntum heitgaasipuhastussüsteem, mida autodele paigaldatakse, on katalüsaator. Katalüsaator muundab heitgaasides leiduvad süsivesinikud ja CO ümber veeks ja süsinikdioksiidiks. Katalüsaatorid reageerivad aga tundlikult väävlile. Väävel niiöelda mürgitab pikas perspektiivis katalüsaatori ja viib sellegatahkete osakeste emissioonini. Optimaalselt toimiksid niisiis katalüsaatorid maksimaalselt väävlivaba kütusega, nagu seda biodiisel on.
Kombinatsioon katalüsaatorist ja tahkete osakeste filtrist on isegi võimelised biodiislit kasutades saasteainete emissioone kuni määramisläveni ( piirini ) alandama. Biodiisel vastab juba niigi enam-vähem EURO-III heitgaasinormatiividele. Vt. lisa 1.
9 4. Kasutatud kirjandus
1) http://www.biodiesel.de 2) http://www.afdc.nrel.gov/altfuel/bio_general.html
3) Energiasedus, RTI 1997, 52, 833 4) Energiaseaduse ja sellega seonduvate õigusaktide muutmise seadus, RTI 1998, 60, 951 5) Teadus ja seadus kütuste klassifitseerimisest, Rein Veski, Keskkonnatehnika, 2/2001 6) http://www.biodiesel-intel.com/standards_e/haupt.ht m
10 Lisa 2. Energiaseaduses esitatavad nõuded kütusetootjale
§ 5. Tehnilised ja ohutusnõuded
(1) Kasutatavad kütuse- ja energiaseadmed ning kütuse- ja energiaehitised peavad vastama tehnilistele ja ohutusnõuetele.
(2) Kütuse- ja energiaseadmete ning kütuse- ja energiaehitiste tehnilised ja ohutusnõuded kehtestatakse majandusministri määrusega.
(3) Käesoleva paragrahvi nõuetele mittevastavaid seadmeid ja ehitisi on keelatud kasutada, paigaldada, ehitada, importida, müüa või muul viisil võõrandada kasutamiseks kütuse- või energiaseadmete või kütuse- ja energiaehitistena.
(4) Kütuse- ja energiaseadmete ning kütuse- ja energiaehitiste kasutamise, hooldamise ja remontimise tehnilised ning ohutuseeskirjad kehtestatakse majandusministri määrusega.
(5) Ainult kvaliteedinõuetele vastavat kütust tohib toota, töödelda, importida ja kasutada.
(6) Kütuse käitlemise ohutusnõuded ja kütuse kvaliteedinõuded kehtestatakse majandusministri määrusega.
§ 6. Kütuse- ja energiamajandust reguleerivad tegevusload
(1) Tegevuslubadeks on tähtajalised load:
2) tehnilise kontrolli luba, mis kehtib 3 aastat; 3) turuluba, mis kehtib kuni 12 aastat.
§ 9. Turuluba
11 (1) Turuluba annab ettevõtjale õiguse tegutseda kindlaksmääratud kauba või teenuse müügi, ekspordi või impordi alal, määrates ühtlasi:
1) ettevõtte, mille kaudu ettevõtja tegutseb;
(2) Turuluba on nõutav järgmistel tegevusaladel:
1) kütuse import ja müük;
12