Βιοντήζελ: υπάρχει μέλλον;

Η ιστορία των βιοελαίων ως καύσιμα κίνησης ξεκινά πριν από ένα αιώνα, όταν ο Rudolf Diesel κατασκεύασε τον Αύγουστο του 1893 τον ομώνυμο κινητήρα, χρησιμοποιώντας ως καύσιμο για τη λειτουργία του το αραχιδέλαιο (φυστικέλαιο). Λίγα χρόνια αργότερα, το 1912, ο Rudolf Diesel προφητικά δηλώνει: «Η χρήση φυτικών ελαίων σαν καύσιμα μηχανών φαίνεται ασήμαντη σήμερα. Όμως τέτοια έλαια μπορεί να γίνουν με την πάροδο του χρόνου τόσο σημαντικά όσο είναι σήμερα το πετρέλαιο και το κάρβουνο».

Σήμερα το βιοντήζελ χρησιμοποιείται σε πετρελαιοκινητήρες, μόνο του ή σε μίγμα με πετρέλαιο κίνησης. Τα μίγματα μέχρι 20% βιοντήζελ με πετρέλαιο κίνησης (B20) μπορούν να χρησιμοποιηθούν σχεδόν σε όλες τις μηχανές ντίζελ και είναι συμβατά με τον υπάρχοντα εξοπλισμό αποθήκευσης και διανομής. Αυτά τα χαμηλά μίγματα (5-20%) γενικά δεν απαιτούν τροποποιήσεις των μηχανών. Τα υψηλότερα μίγματα, ακόμη και το καθαρό βιοντήζελ (βιοντήζελ 100%, ή B100), μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μηχανές που κατασκευάστηκαν την τελευταία δεκαετία, με ελάχιστη ή καμία τροποποίηση.

Ανάλυση της παγκόσμιας αγοράς βιοντήζελ

Η Ευρωπαϊκή Ένωση είναι μακράν ο κύριος παραγωγός βιοντήζελ σε παγκόσμιο επίπεδο. Η παγκόσμια παραγωγή βιοντήζελ το 2003 ήταν περίπου 1,8 δισεκατομμύρια λίτρα.

Η παραγωγή βιοντήζελ στην ΕΕ παρουσίασε μέση ετήσια αύξηση 34,5% κατά την περίοδο 1992-2003, η οποία αντιστοιχεί σε επίπεδο παραγωγής 26 φορές μεγαλύτερο από αυτό του 1992.

Το 2006 η παραγωγή βιοντήζελ στην ΕΕ ανήλθε σε 4.890.000 τόνους σημειώνοντας αύξηση 54% σε σχέση με το 2005. Η Γερμανία παράγει το μισό βιοντήζελ της Ευρώπης (54%) και μέρος του διατίθεται σε 1.900 πρατήρια καυσίμων, ενώ μεγάλες παραγωγοί είναι η Γαλλία και η Ιταλία. Σήμερα στην ΕΕ λειτουργούν περίπου 200 εργοστάσια παραγωγής βιοντήζελ με δυναμικότητα παραγωγής που ξεπερνά τους 10.000.000 τόνους. Σύμφωνα με τους στόχους της Κομισιόν, η Ευρωπαϊκή Ένωση θα πρέπει να καταναλώνει 11.000.000 τόνους βιοντήζελ μέχρι το 2010 και διπλάσια περίπου ποσότητα μέχρι το 2020.

Στις ΗΠΑ που είναι η δεύτερη παραγωγός βιοντήζελ σε παγκόσμιο επίπεδο, η παραγωγή από 25 εκατομμύρια γαλόνια το 2004 18-πλασιάστηκε στα 450 εκατομμύρια γαλόνια το 2007. Σχετικά με τη βιομηχανία στις ΗΠΑ, λειτουργούν 45 μονάδες παραγωγής βιοντήζελ, ενώ άλλες 54 βρίσκονται υπό κατασκευή. Η δυναμικότητα της βιομηχανίας παραγωγής βιοντήζελ των ΗΠΑ σήμερα υπολογίζεται στα 1,85 δις γαλόνια. Μάλιστα μεγάλες εταιρείες που δραστηριοποιούνται στην παραγωγή βιοαιθανόλης, στρέφονται πλέον και στην παραγωγή βιοντήζελ. Το 30% των αμερικανών αγροτών χρησιμοποιεί ήδη ένα ποσοστό βιοντήζελ στα καύσιμα των αγροτικών οχημάτων τους.

Για την παραγωγή του βιοντήζελ, ως πρώτη ύλη χρησιμοποιείται κυρίως ελαιοκράμβη στις χώρες της ΕΕ και σόγια στις ΗΠΑ.

Στην Ελλάδα 10 εταιρείες παράγουν βιοντήζελ (ΕΛΙΝ Βιοκαύσιμα, Agroinvest κ.ά.) κυρίως από εισαγόμενες πρώτες ύλες (κραμβέλαιο κτλ), ενώ ετοιμάζονται και νέες επενδύσεις.

Καλλιέργειες για παραγωγή βιοντήζελ 

Σήμερα το βιοντήζελ πρώτης γενιάς παράγεται κυρίως από ελαιούχους σπόρους καλλιεργειών όπως η ελαιοκράμβη, η σόγια και ο ηλίανθος, από δένδρα όπως ο φοίνικας και η καρύδα, αλλά μπορεί να παραχθεί και από θάμνους όπως η jatropha και η jojoba. Τα παραγόμενα φυτικά λάδια μετατρέπονται με κατάλληλη επεξεργασία σε βιοντήζελ.

Σχετικά με την παγκόσμια παραγωγή, τα τελευταία 10 χρόνια η παραγωγή του σογιέλαιου και του φοινικέλαιου σχεδόν έχουν διπλασιαστεί, κυριαρχώντας στην παγκόσμια αγορά. Κατά την ίδια περίοδο η παραγωγή του κραμβέλαιου και το ηλιέλαιου έχουν μεταβληθεί ελάχιστα.

Στη συνέχεια συνοψίζονται τα κυριότερα ελαιοδοτικά φυτά που καλλιεργούνται παγκοσμίως, τα οποία χρησιμοποιούνται ή δοκιμάζονται για ενεργειακούς σκοπούς.

Κύριες καλλιέργειες παραγωγής βιοελαίων

Ελαιοκράμβη (Oilseed rape, rapeseed)

Η ελαιοκράμβη είναι καλλιέργεια του βορείου τμήματος της εύκρατης ζώνης. Τα είδη που καλλιεργούνται σήμερα ανήκουν στο γένος Brassica και είναι κυρίως τα Brassica napus (χειμερινή ελαιοκράμβη) και Brassica rapa. Η ελαιοκράμβη είναι μία από τις παλαιότερες καλλιέργειες και κατάγεται από την Ν.Α. Ευρώπη. Διακρίνεται σε χειμερινές και εαρινές ποικιλίες. Στην Ευρώπη κυριαρχούν οι χειμερινές ποικιλίες ενώ στον Καναδά καλλιεργούνται μόνο οι εαρινές. Η περιεκτικότητα του σπόρου σε λάδι είναι περίπου 40%.

Καλλιεργείται κυρίως στην Ε.Ε (κεντρική και βόρεια Ευρώπη). Άλλες χώρες που καλλιεργούν την ελαιοκράμβη σε μεγάλη έκταση είναι η Κίνα, η Ινδία, ο Καναδάς και η Αυστραλία. Η Ε.Ε είναι αυτάρκης σε κραμβέλαιο (canola). Παράγει 5,5 εκατ. τόνους κραμβέλαιου, οι οποίοι καταναλώνονται εντός της ΕΕ. Το κραμβέλαιο είναι η κατεξοχήν πρώτη ύλη του ευρωπαϊκού βιοντήζελ.

Στην Ελλάδα άρχισε να καλλιεργείται ελαιοκράμβη τα τελευταία 2-3 χρόνια, για τη χρήση του κραμβέλαιου στην παραγωγή βιοντήζελ. Στη χώρα μας η απόδοση σε σπόρο κυμαίνεται από 50-350 κιλά/στρέμμα που συνεπάγεται μέγιστη παραγωγή βιοκαυσίμου περί τα 120 λίτρα. Η καλλιέργεια παρουσιάζει προβλήματα κατά τη συγκομιδή (μικρή περίοδος συγκομιδής και τίναγμα σπόρων). Σύμφωνα με τα πρώτα αποτελέσματα, η ελαιοκράμβη ενδείκνυται για καλλιέργεια μόνο στη βόρεια Ελλάδα. Κρίσιμο σημείο για την επιτυχία της καλλιέργειας είναι ο σωστός χρόνος σποράς, διότι όψιμη σπορά οδηγεί σε αποτυχία.

Ηλίανθος (Sunflower) 

Ο ηλίανθος (Helianthus annuus) είναι μονοετής καλλιέργεια, κατάγεται από την Κ. και Ν. Αμερική και μεταφέρθηκε στην Ευρώπη από ισπανούς εξερευνητές. Η καλλιέργεια του ηλίανθου έγινε δημοφιλής το 18ο αιώνα. Ο σπόρο του ηλίανθου περιέχει 30%-45% έλαιο.

Η Ρωσία παράγει τις μεγαλύτερες ποσότητες ηλιόσπορου και ακολουθείται από την Ανατολική Ευρώπη, την Αργεντινή και την ΕΕ. Η χώρες που εξάγουν τις μεγαλύτερες ποσότητες ηλιέλαιου είναι η Αργεντινή, οι ΗΠΑ και η Ανατολική Ευρώπη. Η ΕΕ παράγει 2,7 εκατ. τόνους ηλιόσπορου/έτος και εισάγει 1,6 εκατ. τόνους.
Η Ιταλία που είναι η τρίτη μεγαλύτερη παραγωγός βιοντήζελ στην Ευρώπη, χρησιμοποιεί σαν πρώτη ύλη κυρίως ηλίανθο, με το 10% της παραγωγής βιοντήζελ της Ε.Ε να προέρχεται από το συγκεκριμένο φυτό.

Στη χώρα μας η απόδοση σε σπόρο κυμαίνεται από 100-400 κιλά/στρέμμα (ξηρική ή ποτιστική) οπότε η μέγιστη παραγωγή σε βιοκαύσιμο ανά στρέμμα είναι περίπου 150 λίτρα. Τεράστιες καταστροφές προκαλούνται στην παραγωγή (μείωση ως 80%) από τα πουλιά και χρειάζεται λήψη κατάλληλων μέτρων. Σύμφωνα με τα μέχρι στιγμής αποτελέσματα,είναι η καταλληλότερη καλλιέργεια για παραγωγή βιοντήζελ στην Ελλάδα.

Σόγια (Soybean)

Η σόγια (Glycine max) είναι μία από τις παλαιότερες μονοετείς καλλιέργειες, κατάγεται από την Α. Ασία και ανήκει στην οικογένεια των ψυχανθών δηλαδή αζωτοδεσμεύει. Το σογιέλαιο αποτελεί το 19,5% του σπόρου.

H σόγια αποτελεί τη δεύτερη μεγαλύτερη, μετά το καλαμπόκι, σοδειά των ΗΠΑ, με αξία περίπου 26,8 δισ. δολάρια, . Η Βραζιλία και η Αργεντινή είναι οι μεγαλύτεροι παραγωγοί μετά τις ΗΠΑ και την Κίνα. Σήμερα, η ΕΕ παράγει μόνο το 5% της σόγιας που χρειάζεται για κάλυψη των αναγκών της σε όλους τους τομείς (κυρίως κτηνοτροφία), ενώ το 95% (15 εκατ. τόνοι) εισάγεται.

Στη χώρα μας είχε καλλιεργηθεί παλαιότερα και είχε μέση απόδοση σε σπόρο 400 κιλά/στρέμμα (ελάχιστη 100 και μέγιστη 700 κιλά/στρέμμα). Σύμφωνα με τα ιστορικά αυτά δεδομένα, πρέπει να αναμένεται μέγιστη παραγωγή σε βιοκαύσιμο περί τα 70-80 λίτρα ανά στρέμμα.

Λοιπές καλλιέργειες παραγωγής βιοελαίων 

Αγριαγκινάρα (Cardoon)

Η αγριαγκινάρα (Cynara cardunculus L.) είναι το κοινό γαϊδουράγκαθο. Είναι πολυετές φυτό της Μεσογειακής ζώνης και ήταν γνωστή στους αρχαίους Αιγυπτίους, Έλληνες και Ρωμαίους. Σήμερα αυτοφύεται σε πολλά μέρη του κόσμου αλλά τα τελευταία 15 χρόνια μελετάται συστηματικά από τους επιστήμονες και φαίνεται ότι είναι ένα πολλά υποσχόμενο ενεργειακό φυτό για τις χώρες της Μεσογείου για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας από τη βιομάζα του.

Εκτός από τη βιομάζα που είναι το κύριο προϊόν της καλλιέργειας, ο σπόρος της αγριαγκινάρας περιέχει μέχρι 25% λάδι που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή βιοντήζελ. Η καλλιέργεια παράγει 100-200 κιλά σπόρου ανά στρέμμα που μεταφράζεται σε μέγιστη παραγωγή 50 λίτρων βιοκαυσίμου ανά στρέμμα. Ήδη στην K. Ελλάδα καλλιεργούνται πιλοτικά 4.000 στρέμματα αγριαγκινάρας για παραγωγή βιοντήζελ από την εταιρεία Agroinvest.

Σουσαμιά (Sesame)

Η σουσαμιά (Sesamum indicum), είναι μονοετές φυτό και ο σπόρος του περιέχει μέχρι 50% έλαιο (ανάλογα με την ποικιλία). Το φυτό καλλιεργούνταν από τους Πέρσες από το 4000 π.Χ.

Σήμερα καλλιεργείται σε τροπικές και υπό-τροπικές περιοχές, κυρίως στην Ινδία, την Κίνα, το Σουδάν, τη Νιγηρία το Μεξικό και τη Γουατεμάλα. Οι στρεμματικές αποδόσεις κυμαίνονται μεταξύ 150-200 κιλών. Στη χώρα μας έπαψε να καλλιεργείται πλέον.

Λινάρι (Lin, Flax) 

Το λινάρι (Linus usitatissimum) είναι μονοετής καλλιέργεια και κατάγεται από τη Μεσόγειο. Οι Αιγύπτιοι το 2500 π.Χ. το χρησιμοποιούσαν ως κλωστικό για το ρουχισμό τους.

Σήμερα καλλιεργείται κυρίως σε Ευρώπη, Καναδά, Αργεντινή και ΗΠΑ, για την ίνα και το σπόρο του. Στην Ελλάδα αν και είχε πρωτοκαλλιεργηθεί λινάρι τον 5ο αιώνα π.Χ, σήμερα δεν καλλιεργείται. Οι μέσες αποδόσεις είναι περίπου 150-200 κιλά σπόρος στο στρέμμα και ο σπόρος του περιέχει 34-37% έλαιο. Στις ΗΠΑ επιτυγχάνονται παραγωγές σε σπόρο μέχρι 400 κιλά/στρέμμα.

Ρετσινολαδιά (Castor bean) 

Η ρετσινολαδιά (Ricinus communis) είναι φυτό πολυετές, αλλά καλλιεργείται ως ετήσιο φυτό επειδή είναι πολύ ευαίσθητο στον παγετό. Στα τροπικά κλίματα μπορεί να φθάσει ως και 12 μέτρα ύψος. Οι σπόροι, οι βλαστοί και τα φύλλα είναι δηλητηριώδη. Καλλιεργείται από αρχαιοτάτων χρόνων στην Ινδία για τους σπόρους του, που περιέχουν 40-60% λάδι.

Η παγκόσμια παραγωγή σε ρετσινόλαδο ή κικινέλαιο φθάνει τον ένα εκατ. τόνους. Οι χώρες με τη μεγαλύτερη παραγωγή είναι η Ινδία, η Κίνα, η Βραζιλία και η πρώην Σοβ. Ένωση.

Το λάδι της χρησιμοποιείται και ως λιπαντικό μηχανών αεροπλάνων και πλοίων. Στη χώρα μας δεν καλλιεργείται αν και έχει γίνει επιστημονική έρευνα για το φυτό ως εναλλακτική λύση στην αναδιάρθρωση των καλλιεργειών στη νότια Ελλάδα. Το φυτό καλλιεργούμενο ως ετήσιο αποδίδει σε σπόρο μέχρι 270 κιλά ανά στρέμμα.

Αραχίδα (groundnut, Arachis, peanuts)

Η αραχίδα (Arachis hypogaea) δηλαδή το γνωστό αράπικο φυστίκι, είναι μονοετής καλλιέργεια και κατάγεται από τη Βραζιλία. Οι Ίνκας καλλιεργούσαν το φυτό από το 3000 π.Χ. Στην Ευρώπη ήλθε από τους πρώτους Ισπανούς και Πορτογάλους εξερευνητές και στη συνέχεια διαδόθηκε στις υπόλοιπες χώρες. Σε πολλές χώρες, όπως η Κίνα, η Ινδία, η Δ. Αφρική, η Ιαπωνία, η Κορέα και οι ΗΠΑ είναι ένα από τα κυριότερα ελαιούχα φυτά μεγάλης καλλιέργειας.

Στη χώρα μας όπως και σε όλες τις παραμεσόγειες χώρες όπου ευδοκιμεί η ελιά, η αραχίδα χάνει τη σημασία της ως πηγή βρώσιμου λαδιού, επειδή η υπεροχή του ελαιόλαδου είναι μεγάλη. Στην Ελλάδα καλλιεργούνται μόνο 45.000 στρέμματα, μολονότι οι συνθήκες της χώρας μας είναι ιδανικές για την αραχίδα.

Τα σπέρματα της αραχίδας περιέχουν 48-58% λάδι και η απόδοση της καλλιέργειας σε βιοκαύσιμο ξεπερνά τα 100 λίτρα ανά στρέμμα. Όπως προαναφέρθηκε, ο Ρούντολφ Ντίζελ χρησιμοποίησε το αραχιδέλαιο (φυστικέλαιο) ως καύσιμο για τη λειτουργία του ομώνυμου κινητήρα του.

Ατρακτυλίδα (Safflower) 

Η ατρακτυλίδα (Carthamus tinctorius) είναι μονοετής, κατάγεται από την Ινδία και τη Β. Αφρική και καλλιεργείται για τα ελαιούχα σπέρματά της. Η περιεκτικότητα του σπόρου σε λάδι είναι 32-40%.

Καλλιεργείται στην Ινδία κυρίως, αλλά και στο Πακιστάν, το Αφγανιστάν, το Ιράν, τη Β. Αφρική και στην Αυστραλία. Στις ΗΠΑ καλλιεργούνται περίπου 1 εκατ. στρέμματα. Στη χώρα μας έχει καλλιεργηθεί δοκιμαστικά.

Ελαιοδοτικά δένδρα και θάμνοι

Εκτός βέβαια από τα ελαιούχα φυτά μεγάλης καλλιέργειας, για παραγωγή βιοντήζελ χρησιμοποιούνται και τροπικά φυτά όπως ο φοίνικας, η καρύδα και η jatropha.

Ο φοίνικας (Elaeis guineensis) καλλιεργείται σε τροπικές χώρες και παράγονται 200 κιλά φοινικέλαιο ανά στρέμμα. Λόγω της υψηλής ζήτησης του προϊόντος στην παγκόσμια αγορά, σήμερα γίνεται ένα τεράστιο περιβαλλοντικό έγκλημα σε τροπικές αναπτυσσόμενες χώρες (Μαλαισία, Ινδονησία) όπου καταστρέφονται τροπικά δάση για να καλλιεργηθεί ο φοίνικας.

Από τον καρπό του φοίνικα λαμβάνονται δύο είδη λαδιών. Το φοινικέλαιο (palm oil, σκούρο κίτρινο έως κίτρινο-κόκκινο χρώμα με άρωμα βιολέτας και γλυκιά γεύση), το οποίο προέρχεται από τη σάρκα του καρπού και το λάδι που προέρχεται από τους σπόρους του καρπού (palm kernel oil, λευκό ή κίτρινο με ευχάριστη οσμή και γεύση. Η σύνθεσή του τελευταίου μοιάζει με αυτή του λαδιού από καρύδα). Το φοινικέλαιο είναι πρωτογενές υλικό και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας για την παραγωγή βιοντήζελ και πρέπει πρώτα να επεξεργαστεί ή και να επανεπεξεργαστεί. Η Μαλαισία παράγει το μισό περίπου φοινικέλαιο του πλανήτη.

Σχετικά με την παραγωγή λαδιού από την καρύδα (Cocos nucifera), η ψίχα αρχικά αποξηραίνεται μέχρι η υγρασία να φθάσει 5-7%. Στη συνέχεια από την αποξηραμένη ψίχα (copra) λαμβάνεται το λάδι.

Απαιτούνται 5.000 καρύδες για την παραγωγής 1 τόνου copra. Από ένα κιλό αποξηραμένης καρυδόψιχας παραλαμβάνονται 650 γραμμάρια λαδιού. Κύριες παραγωγοί χώρες είναι οι Ινδονησία, Φιλιππίνες, Ινδία και Βραζιλία.

Κλείνοντας, αξίζει να αναφερθεί και ένα αμφιλεγόμενο, εν δυνάμει ενεργειακό φυτό, η jatropha (Jatropha curcas), που είναι θάμνος με μεγάλους ελαιούχους σπόρους περιεκτικότητας σε λάδι μέχρι 40% και μπορεί να αποτελέσει πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοντήζελ. Η jatropha είναι ένα εξαιρετικά ανθεκτικό φυτό σε δυσμενείς συνθήκες (ξηροθερμικές & άγονες) γι’ αυτό και είναι στη λίστα των χειρότερων φυτών-εισβολέων (ζιζανίων) παγκοσμίως.

Ήδη επιχειρηματίες που επενδύουν στην παραγωγή βιοντήζελ σε τροπικές περιοχές της Αφρικής και της Ινδίας, δημιουργούν τεράστιες φυτείες jatropha σε άγονες και ξηρές περιοχές. Η βρετανική εταιρεία παραγωγής βιοντήζελ D1 Oils φύτεψε 1,5 εκατομμύρια στρέμματα jatropha στη Σουαζιλάνδη, στη Ζάμπια στη Νότια Αφρική και στην Ινδία. Η εταιρεία σχεδιάζει να διπλασιάσει το μέγεθος των καλλιεργειών της άμεσα.

Επίσης η BioKing, ολλανδική εταιρεία κατασκευής εξοπλισμού για βιοντήζελ, αναπτύσσει καλλιέργειες στη Σενεγάλη, ενώ και η Australian Biodiesel Group έχει ανακοινώσει ότι θα ξεκινήσει παραγωγή από jatropha αφού υπολογίζεται ότι στην Αυστραλία υπάρχουν 200 εκατομμύρια στρέμματα αναξιοποίητων άγονων εδαφών που μπορεί να καλλιεργηθεί το φυτό. Τέλος, η κυβέρνηση της Κίνας έχει θέσει σε εφαρμογή ένα μεγάλο πρόγραμμα εκτατικής καλλιέργειας jatropha.

Η διαδικασία παραγωγής βιοντήζελ

Το βιοντήζελ είναι μεθυλεστέρας που παράγεται με μετεστεροποίηση των φυτικών ελαίων και παραγωγή εστέρων των τριγλυκεριδίων. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ακόμη φθηνότερου βιοντήζελ, εκτός από ελαιούχοι σπόροι και μεταχειρισμένα φυτικά έλαια (τηγανόλαδα) ή και ζωικά λίπη (πχ ως απόβλητα σφαγείων). Η εξαγωγή του ελαίου από τους σπόρους γίνεται μηχανικά ή χημικά. Το βιοντήζελ έχει θερμογόνο δύναμη 15% μικρότερη από αυτή του πετρελαίου.

Με την υπάρχουσα τεχνολογία τα έλαια (τριγλυκερίδια) μετατρέπονται με μια απλή διαδικασία σε εστέρες των τριγλυκεριδίων, με μεθανόλη ή και αιθανόλη. Οι καθαροί εστέρες των τριγλυκεριδίων είναι άριστα υποκατάστατα του πετρελαίου χωρίς να χρειάζεται καμία μετατροπή στον κινητήρα. Μια ορισμένες φθηνές μετατροπές στη μηχανή είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί και καθαρό βιοέλαιο.

Τα Στάδια της παραγωγικής διαδικασίας συνοψίζονται στα εξής:

1. Εξευγενισμός πρώτης ύλης
2. Μετεστεροποίηση πρώτης ύλης
3. Καθαρισμός βιοντήζελ (πλύσεις)
4. Εξευγενισμός γλυκερίνης
5. Ανάκτηση μεθανόλης

Κατά την παραγωγική διαδικασία τα άνυδρα έλαια (τριγλυκερίδια) θερμαίνονται με μεθανόλη σε αλκαλικό περιβάλλον (με βασικό καταλύτη) και προκύπτει μίγμα μεθυλεστέρων και γλυκερίνης που ανακτάται σαν πολύτιμο παραπροϊόν. Το υδροξείδιο νατρίου και το μεθοξείδιο του νατρίου χρησιμοποιούνται ευρέως ως καταλύτες, όμως η χρήση επαναχρησιμοποιούμενου καταλύτη λιπάσης και υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα είναι περισσότερο φιλική προς το περιβάλλον.

Τα βασικά παραπροϊόντα της βιομηχανικής παραγωγής είναι γλυκερίνη και κέικ (πρωτεϊνούχος κτηνοτροφική πίτα που χρησιμοποιείται ως ζωοτροφή). Η γλυκερίνη έχει υψηλή αξία διότι χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων, την ποτοποιία, την βιομηχανία καλλυντικών, τη φαρμακοβιομηχανία και σαπωνοποιία κ.α. Η κτηνοτροφική πίτα έχει επίσης μεγάλη αξία ως ζωοτροφή διότι είναι πλούσια σε πρωτεΐνες (10-45%).

Κλείνοντας, πρέπει να αναφερθεί ότι το βιοντίζελ είναι πολύ εύκολο να παρασκευαστεί και σε επίπεδο ατομικό, δηλαδή ως οικιακό βιοντήζελ. Είναι διαθέσιμος στην αγορά φθηνός εξοπλισμός παραγωγής βιοντήζελ (αξίας 1500 ευρώ περίπου) ώστε είναι δυνατή η παραγωγή σε επίπεδο φάρμας. Έτσι μπορεί ο κάθε γεωργός που καλλιεργεί ενεργειακά φυτά (πχ ελαιοκράμβη, ηλίανθο) να παρασκευάζει το δικό του καύσιμο για την κίνηση των γεωργικών μηχανημάτων και οχημάτων, μία πρακτική που χρησιμοποιείται κατά κόρον από τους αμερικανούς αγρότες.

Δεύτερης γενιάς βιοντήζελ από βιομάζα 

Η έρευνα για την παραγωγή δεύτερης γενιάς βιοντήζελ, έχει στραφεί πλέον σε μεθόδους παραγωγής του βιοντήζελ από κάθε είδος βιομάζα (συμπεριλαμβανομένης και αυτής από φύκη), με υψηλό βαθμό απόδοσης, υψηλή ποιότητα προϊόντος, που να μην υποβαθμίζεται με το χρόνο, να βελτιώνει τη λειτουργία των υπαρχόντων μηχανών ντίζελ και με κόστος παραγωγής κάτω από την τιμή του ορυκτού πετρελαίου ντίζελ.

Μέθοδοι παραγωγής πετρελαίου ντίζελ από ορυκτό άνθρακα υπήρχαν ήδη από την εποχή του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου, όταν οι Γερμανοί ανέπτυξαν τη μέθοδο Fischer-Tropsch για την παραγωγή πετρελαίου ντίζελ με αεριοποίηση του ορυκτού κάρβουνου. Τα τελευταία χρόνια γίνεται μεγάλη προσπάθεια από τους επιστήμονες να προσαρμόσουν τη μέθοδο Fischer-Tropsch στην παραγωγή βιοντήζελ από βιομάζα.

Σήμερα οι υπάρχουσες τεχνολογίες Fischer-Tropsch και οι παρεμφερείς τους, παράγουν βιοντήζελ από βιομάζα με βαθμό απόδοσης 45%-48% και με κόστος επένδυσης υψηλό, που ανεβάζει το κόστος του προϊόντος πάνω από την τιμή του φορολογημένου ορυκτού ντίζελ. Όμως, καθώς η τεχνολογία προχωρά, έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι οι οποίες ανεβάζουν τον βαθμό απόδοσης πάνω από το 80% ενώ ταυτόχρονα ρίχνουν το κόστος του παραγόμενου βιοντήζελ (σχεδόν από κάθε είδος βιομάζας) στα όρια οικονομικής εκμετάλλευσης ευρείας κλίμακας.

Η ποιότητα του προϊόντος είναι τέτοια που στην πραγματικότητα πρόκειται για Σούπερ-Ντίζελ με περισσότερα από 60 κετάνια (το κανονικό Ντίζελ έχει 50 κετάνια, το Σούπερ Ντίζελ έχει 55 – με 60 κετάνια όχι μόνο βελτιώνεται η καύση και η απόδοση των μηχανών ντίζελ, αλλά καθαρίζουν και οι μηχανές από παλιές επικαθίσεις).

Κλασσικό παράδειγμα δεύτερης γενιάς βιοντήζελ είναι το SunDiesel, ένα νέο συνθετικό BTL βιοκαύσιμο (Biomass-To-Liquid) που παράγεται με παραλλαγή της μεθόδου Fischer-Tropsch. Η συγκεκριμένη τεχνολογία αναπτύχθηκε από τις εταιρίες Shell και Choren και ήδη κατασκευάζεται πιλοτικό εργοστάσιο στην ανατολική Γερμανία. Το εργοστάσιο θα παράγει ετησίως 15.000 τόνους SunDiesel από βιομάζα, με πρώτη ύλη πριονίδι, τεμαχίδια ξύλου και άχυρο. Ήδη ανακοινώθηκε για το 2009 η κατασκευή και δεύτερου εργοστασίου δυναμικότητας 200.000 τόνων.

Η έρευνα για την παραγωγή δεύτερης γενιάς βιοντήζελ, εκτός από τη βιομάζα, έχει στραφεί και στην ανάπτυξη τεχνολογιών παραγωγής του βιοντήζελ από φύκη και φυτοπλαγκτόν.

Αρχικά, για το σκοπό αυτό μελετήθηκαν μικροάλγη με μεγάλη περιεκτικότητα σε έλαια όπως είδη του γένους Nannochloropsis με περιεκτικότητα 60% σε λιπίδια, ενώ πλέον η έρευνα επεκτείνεται σε διάφορα είδη που είναι ιδιαίτερα παραγωγικά σε βιομάζα και αναπτύσσονται σε μεγάλο εύρος περιβαλλοντικών συνθηκών.

Πέρυσι η εταιρεία Βιο Fuel Systems, που βρίσκεται στην Αλικάντε της Ισπανίας, ανακοίνωσε τη δυνατότητα βιομηχανικής παραγωγής βιοντήζελ από φυτοπλαγκτόν που αναπτύσσεται σε ειδικές δεξαμενές. Προς το παρόν το κυρίως πρόβλημα της μεθόδου είναι το ραφινάρισμα αλλά οι επιστήμονες της εταιρίας θεωρούν ότι σύντομα θα έχουν λύσει το πρόβλημα και η εταιρία θα παράγει βιοντήζελ με κόστος 0,25 ευρώ το λίτρο.

Παρόμοιες μεθόδους έχει αναπτύξει και η εταιρεία GreenFuel Technologies Corporation, για παραγωγή βιοντήζελ και βιοαιθανόλης από άλγη (φύκια). Σύμφωνα με τη μέθοδο που ανέπτυξε η εταιρεία, είναι δυνατή η παραγωγή βιομάζας από άλγη με εξαιρετικά υψηλούς ρυθμούς που φτάνουν τα 174 g/m²/d (γραμμάρια βιομάζας ανά τετραγωνικό μέτρο ανά ημέρα). Για λόγους σύγκρισης αναφέρεται ότι τα καλλιεργούμενα φυτά έχουν μέγιστο ρυθμό ανάπτυξης 40-60 g/m2 ανά ημέρα (φυτά C4), ενώ οι C3 καλλιέργειες 20-40 g/m2 ανά ημέρα. Η εταιρία υπολογίζει ότι θεωρητικά μπορούν να παράγονται 4.500 λίτρα βιοκαυσίμου ανά στρέμμα το χρόνο.

Σήμερα 18 εταιρείες δραστηριοποιούνται παγκοσμίως στην παραγωγή βιοκαυσίμων από φύκια.

Είναι προφανές ότι με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας και την ανάπτυξη σε βιομηχανικό επίπεδο της παραγωγής βιοντήζελ δεύτερης γενιάς, με πρώτη ύλη τη βιομάζα, θα μειωθεί ο ανταγωνισμός για καλλιεργούμενες εκτάσεις και άλλες αγροτικές πρώτες ύλες. Με πρώτες ύλες φύκη, φυτοπλαγκτόν ή κυτταρίνη θα γίνει φθηνή η βιομηχανική παραγωγή βιοντήζελ από γεωργικά υπολείμματα (άχυρο κτλ), πριονίδια, οικιακά απορρίμματα και προϊόντα χαρτιού καθώς και από ταχυαυξή μη διατροφικά φυτά με πολύ μεγάλη στρεμματική παραγωγή βιομάζας όπως ινώδες σόργο, καλάμι, αγριαγκινάρα και κεχρί.

Κόστος παραγωγής βιοντήζελ 

Σχετικά με το κόστος παραγωγής του βιοντήζελ, τα δεδομένα ποικίλουν ανάλογα με την πρώτη ύλη και τη μέθοδο παραγωγής. Το βιοντήζελ από ζωικά λίπη είναι έχει το χαμηλότερο κόστος παραγωγής που κυμαίνεται από 0.4 έως 0.5 $ ανά ισοδύναμο λίτρο πετρελαίου κίνησης (το βιοντήζελ έχει θερμογόνο δύναμη περίπου 15% μικρότερη από αυτή του πετρελαίου).

Το βιοντήζελ που παράγεται από καλλιέργειες (ελαιούχοι σπόροι) έχει αντίστοιχο κόστος 0.6-0.8 $ ενώ αναμένεται να μειωθεί μελλοντικά κατά 0.1-0.3 $.

Το βιοντήζελ δεύτερης γενιάς που παράγεται από βιομάζα έχει προς το παρόν υψηλό κόστος παραγωγής, 0.9 $ ανά ισοδύναμο λίτρο πετρελαίου κίνησης, με το κόστος τα επόμενα χρόνια να διαμορφώνεται σε 0.7- 0.8 $.

Το κόστος παραγωγής του βιοντήζελ στις χώρες της ΕΕ είναι περίπου 0,5 €/l (15 €/GJ) ενώ προβλέπεται μακροπρόθεσμα μείωσή του κατά 0,2 €/l (6 €/GJ) συμπεριλαμβανομένης της αξίας των υποπροϊόντων του (γλυκερίνη, πίτα). Για την ΕΕ το παραγόμενο βιοντήζελ γίνεται ανταγωνιστικό έναντι του πετρελαίου κίνησης σε τιμές πετρελαίου περίπου 60 ευρώ ανά βαρέλι. Το κόστος παραγωγής της καλλιέργειας αντιπροσωπεύει περίπου το 80% του τελικού κόστους παραγωγής του βιοντήζελ στην Ευρώπη.

Η υψηλή τιμή του βιοντήζελ σε σχέση με το «φθηνό» ντίζελ, είναι το σημαντικότερο εμπόδιο στην ανάπτυξη της αγοράς του στις Η.Π.Α. Σήμερα το γαλόνι κοστίζει 1 $ ακριβότερα σε σχέση με το ντίζελ κίνησης στα πρατήρια, ενώ η συνεχώς αυξανόμενες τιμές της σόγιας δρουν αρνητικά.

Η πλέον ελπιδοφόρος προσέγγιση για τη μείωση του κόστους παραγωγής βιοντήζελ στο κοντινό μέλλον, είναι η χρησιμοποίηση πιο φτηνής πρώτης ύλης όπως για παράδειγμα να χρησιμοποιηθούν οι ποσότητες της χαλασμένης σόγιας, το ζωικό λίπος του βοδινού και χοιρινού κρέατος, το τηγανισμένο λίπος και τα χρησιμοποιημένα λάδια εστιατορίων και άλλα παρόμοια υποπροϊόντα. Σ΄ αυτή την περίπτωση όμως παρουσιάζονται προβλήματα συλλογής, αποθήκευσης και ομοιογένειας της πρώτης ύλης.

Βιοντήζελ και περιβάλλον

Κύρια περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα των βιοελαίων είναι ότι θεωρητικά μπορεί να είναι CO2-ουδέτερα, κατά την καύση τους εκπέμπονται μικρότερες ποσότητες ρύπων, είναι βιοαποδομήσιμα, ενώ πρακτικά δεν παράγουν οξείδια του θείου και αρωματικές (καρκινογόνες) ενώσεις. Γενικότερα τα βιοέλαια συμβάλλουν στην αειφορία.

Εστιάζοντας στις καθαρές εκπομπές CO2 από τη χρήση του βιοντήζελ ως καύσιμο, δηλαδή λαμβάνοντας υπόψη το σύνολο των εκπομπών κατά την παραγωγή (καλλιέργεια & βιομηχανία) και την καύση, τα αποτελέσματα ποικίλουν ανάλογα με την πρώτη ύλη, τη μέθοδο παραγωγής και το είδος του παραγόμενου βιοντήζελ. Γενικά, βάσει των υπαρχουσών μελετών θα μπορούσε να λεχθεί ότι το βιοντήζελ συντελεί σε μείωση 40% – 70% των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα σε σχέση με το πετρέλαιο κίνησης.

Επιπλέον, χρησιμοποίηση του βιοντήζελ σε μια συμβατική πετρελαιοκίνητη μηχανή μειώνει ουσιαστικά τις εκπομπές των άκαυτων υδρογονανθράκων, το μονοξείδιο του άνθρακα, τα οξείδια του θείου, τους πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες, τους νιτρωμένους πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες, και τα σωματίδια. Αυτή η μείωση αυξάνεται όσο αυξάνεται το ποσοστό του βιοντήζελ στο καύσιμο μίγμα.

Για παράδειγμα, χρήση B20 (μίγμα 20% βιοντήζελ + 80% πετρέλαιο κίνησης) οδηγεί σε μείωση κατά 15% του μονοξειδίου του άνθρακα και των σωματιδίων και κατά 20% των υδρογονανθράκων, σε σχέση με το πετρέλαιο κίνησης. Κατ’ αντιστοιχία η καύση B100 (καθαρό βιοντήζελ) οδηγεί σε μείωση των συγκεκριμένων ρύπων κατά 50% (CO, σωματίδια) και 70% (υδρογονάνθρακες).

Αντίθετα, με τη χρήση βιοντήζελ, οι εκπομπές των οξειδίων αζώτου αυξάνονται 2-10%, αυξανομένης της περιεκτικότητας του βιοντήζελ στα καύσιμα.

Εκτός από τη μείωση της μη σημειακής ρύπανσης που οφείλεται στις εκπομπές αέριων ρύπων, το βιοντήζελ δεν προκαλεί σημαντική σημειακή ρύπανση, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση ατυχημάτων ή διαρροών πετρελαιοειδών. Συγκεκριμένα, τα βιοέλαια βιοαποδομούνται κατά 80% σε 28 ημέρες. Αν για παράδειγμα γίνει κάποιο ναυτικό ατύχημα σε τάνκερ που μεταφέρει βιοέλαιο, το διαρρέον έλαιο στη θάλασσα κάλλιστα θα μπορούσε να αποτελέσει τροφή των ψαριών και όχι τοξικό παράγοντα όπως το πετρέλαιο.

Ένα δεύτερο κρίσιμο θέμα από περιβαλλοντικής άποψης είναι το ενεργειακό ισοζύγιο της αλυσίδας παραγωγής βιοντήζελ, δηλαδή την ποσότητα ενέργειας (εισροές) που δαπανάται κατά την παραγωγική διαδικασία και προέρχεται από ορυκτά καύσιμα σε σχέση με την τελική ενέργεια που παρέχει το βιοντήζελ (εκροές).

Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας (ΙΕΑ), με τη σημερινή πρακτική καταναλώνεται 1 μονάδα ορυκτού καυσίμου για να παραχθούν 3,3 μονάδες βιοντήζελ, δηλαδή 1 λίτρο ντίζελ για παραγωγή βιοντήζελ που ισοδυναμεί με 3,3 λίτρα ντίζελ.

Στην περίπτωση της παραγωγής βιοντήζελ από ελαιοκράμβη, το ενεργειακό ισοζύγιο της παραγωγικής αλυσίδας είναι περίπου 2 εάν ληφθεί υπόψη μόνο το παραγόμενο βιοντήζελ, ενώ ανέρχεται σε 3, στην περίπτωση αξιοποίησης και των υποπροϊόντων.

Σχόλιο

Το βιοντήζελ πρώτης γενιάς από ελαιούχους σπόρους, είναι οριακά βιώσιμο τόσο από οικονομική όσο και από περιβαλλοντική άποψη.

Από οικονομικής άποψης, δεν αναμένεται μεγάλη βελτίωση της παραγωγικής αλυσίδας (καλλιέργεια και βιομηχανία) δηλαδή εντυπωσιακή συμπίεση του κόστους παραγωγής, τουλάχιστον στις αναπτυγμένες χώρες. Βέβαια σε περίπτωση συνεχούς ανόδου της τιμής πετρελαίου το βιοντήζελ γίνεται ανταγωνιστικό.

Δεδομένου ότι το κόστος παραγωγής της καλλιέργειας αντιπροσωπεύει περίπου το 80% του τελικού κόστους παραγωγής του βιοντήζελ, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι δεν αναμένεται ιδιαίτερη συμπίεση του κόστους παραγωγής των ελαιοδοτικών καλλιεργειών (κράμβη, ηλίανθος, σόγια) μέσω της αύξησης της παραγωγικότητας (κιλά παραγόμενου σπόρου ανά μονάδα επιφάνειας) ή ανάπτυξης νέων καλλιεργητικών τεχνικών και τεχνολογιών.

Επίσης σε επίπεδο βιομηχανίας δεν υπάρχουν μεγάλα περιθώρια αύξησης της αποδοτικότητας της βιομηχανικής παραγωγής. Το κόστος παραγωγής μπορεί να συμπιεστεί μόνο σε επίπεδο χρήσης ζωικών λιπών και τηγανόλαδων, καθώς και με μικρή αύξηση του ποσοστού ελαίου που παραλαμβάνεται από τους σπόρους με χρήση νέων χημικών μεθόδων συγκριτικά με τις εφαρμοζόμενες μηχανικές μεθόδους.

Από περιβαλλοντικής άποψης, το βιοντήζελ πρώτης γενιάς έχει το χειρότερο ενεργειακό ισοζύγιο συγκρινόμενο με τα υπόλοιπα βιοκαύσιμα (βιοαιθανόλη, πελλέτες, βιοαέριο). Συγκεκριμένα, ο λόγος εκροές/εισροές δηλαδή η ποσότητα της τελικής ενέργειας που παρέχει το βιοντήζελ (εκροές) προς την ενέργεια που δαπανάται κατά την παραγωγική διαδικασία και προέρχεται από ορυκτά καύσιμα (εισροές) διαμορφώνεται σε 2,5 για παραγωγή βιοντήζελ από ελαιοκράμβη, όταν ξεπερνά το 8 για παραγωγή αιθανόλης από ζαχαροκάλαμο και είναι πάνω από 22 για παραγωγή στερεού καυσίμου (πελλέτας) από καλλιέργειες όπως το ινώδες σόργο ή την αγριαγκινάρα.

Όπως και στην περίπτωση της βιοαιθανόλης, έτσι και για το βιοντήζελ το μέλλον είναι σε μεθόδους παραγωγής του βιοντήζελ από κάθε είδος βιομάζα (συμπεριλαμβανομένης και αυτής από φύκη) δηλαδή βιοντήζελ δεύτερης γενιάς το οποίο σε βιομηχανική κλίμακα βρίσκεται προς το παρόν σε πιλοτικό στάδιο. Στην περίπτωση που επιτευχθεί η οικονομικότητα της παραγωγή βιοντήζελ από κυτταρινούχες πρώτες ύλες και γίνει φθηνή η βιομηχανική παραγωγή του, τότε θα μιλάμε για καύσιμο από μη διατροφικές πρώτες ύλες.

Έτσι η παραγωγή θα γίνεται σε ευρεία κλίμακα από απόβλητα όπως γεωργικά υπολείμματα (άχυρο, βαμβακοστελέχη, κλαδοδέματα κτλ), υπολείμματα υλοτομίας (πχ πριονίδια), οικιακά απορρίμματα και προϊόντα χαρτιού. Επίσης βιοντήζελ θα παράγεται από ταχυαυξή μη διατροφικά φυτά με πολύ μεγάλη στρεμματική παραγωγή βιομάζας όπως ινώδες σόργο, καλάμι, αγριαγκινάρα και κεχρί. Τέλος, μεγάλες προοπτικές διαφαίνονται και για την παραγωγή βιοντήζελ από άλγη, με όλες τις αισιόδοξες περιβαλλοντικές, διατροφικές και οικονομικές προεκτάσεις.

GreenDream
_
_______________________________________________________________
Shortlink: http://wp.me/p1eFQy-1UC

Gallery | This entry was posted in Alternative Energy Sources, Technology and tagged , , , . Bookmark the permalink.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s